WO2022089912A1 - Verfahren zum laserschweissen zweier dünner werkstücke in einem überlappungsbereich - Google Patents

Verfahren zum laserschweissen zweier dünner werkstücke in einem überlappungsbereich Download PDF

Info

Publication number
WO2022089912A1
WO2022089912A1 PCT/EP2021/077776 EP2021077776W WO2022089912A1 WO 2022089912 A1 WO2022089912 A1 WO 2022089912A1 EP 2021077776 W EP2021077776 W EP 2021077776W WO 2022089912 A1 WO2022089912 A1 WO 2022089912A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser beam
workpiece
welding
est
workpieces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2021/077776
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver BOCKSROCKER
Tim Hesse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority to JP2023525065A priority Critical patent/JP2023547627A/ja
Priority to KR1020237017867A priority patent/KR102943014B1/ko
Publication of WO2022089912A1 publication Critical patent/WO2022089912A1/de
Priority to US18/302,008 priority patent/US20230256540A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/244—Overlap seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/26—Seam welding of rectilinear seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/18—Sheet panels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for laser welding two workpieces along a weld seam, a first workpiece with a thickness D1 and a second workpiece with a thickness D2 being arranged overlapping one another at least in an overlapping area, and the thicknesses D1, D2 of the two workpieces each be 400 pm or less.
  • Laser welding also called laser beam welding
  • the laser welding can be carried out with comparatively high speed, high precision (in particular with a narrow weld seam) and low thermal distortion of the workpieces.
  • laser welding can be carried out as heat conduction welding or deep welding.
  • the laser beam creates a distinct vapor capillary (keyhole) in the workpiece material, which extends along the beam direction into the workpiece material.
  • the absorption in the workpiece material is increased by multiple reflections of the laser beam on the walls of the vapor capillary.
  • the material can also be melted in depth and in a large volume.
  • the deep penetration welding can be carried out with a comparatively high feed rate (welding speed).
  • welding speed welding speed
  • spatter and pore formation often occur during deep penetration welding, and an irregular penetration depth along the weld seam (spiking) is also frequently observed. Local connection problems can then occur when welding thin workpieces; the weld seam can be mechanically unstable, or a desired gas-tightness or also a desired quality of electrical contacting is not achieved.
  • the workpiece material With heat conduction welding, the workpiece material is melted by the laser beam near the surface without creating a noticeable vapor capillary.
  • the welding depth is essentially determined by the heat conduction of the workpiece material. There are hardly any irregularities such as spatter or pores, and the weld is relatively smooth.
  • a disadvantage is a comparatively low feed rate and welding depth; increased thermal distortion can also occur.
  • the object of the invention is to achieve a high seam quality at a high feed rate when welding thin workpieces.
  • the present invention proposes carrying out the laser welding of two thin workpieces in a lap joint in a transition area between heat conduction welding and deep welding (“transition mode welding”).
  • a vapor capillary is created as part of the method according to the invention, but this is relatively short in comparison to conventional deep penetration welding (in the direction of the workpiece material or in the direction of the laser beam). tion).
  • the welding depth is essentially determined both by heat conduction and by the depth of the vapor capillary, with the two proportions being approximately the same. As a result, a greater welding depth can be achieved than with heat conduction welding, which is particularly well suited for welding thin workpieces such as sheet metal.
  • the melt pool dynamics remain low, in particular because the total amount of melted material remains relatively small.
  • the energy absorption from the laser beam into the workpiece material is less strong than with deep penetration welding because the small capillary depth allows only a few reflections of the laser beam within the vapor capillary.
  • the melting of the workpiece material which is essentially synchronous with the feed rate, largely compensates for faster dynamic movements in the melt pool.
  • the welding depth EST can be measured during the welding process, for example by means of ultrasonic waves that are reflected at the interface between liquid workpiece material and solid workpiece material.
  • the capillary depth KT of the vapor capillary can be measured during the welding process, for example by means of the reflection of a measuring laser beam on the capillary bottom.
  • Other parameters are usually already known (such as the focus diameter of the laser beam) or can easily be determined using other sensors during the welding process.
  • some parameters can be measured optically with a camera during the welding process, in particular the width B of the weld seam/the melted area or the capillary width KB on the workpiece surface transverse to the feed direction, which approximately corresponds to the focus diameter FDQ transverse to the feed direction. Accordingly, compliance with the conditions according to the invention can, if desired, be checked during the welding process and, if necessary, readjusted.
  • the melting width SB within the scope of the invention mostly corresponds approximately to the capillary depth KT, preferably with 0.67*SB ⁇ KT ⁇ 1.33*SB, particularly preferably 0.80*SB ⁇ KT ⁇ 1.20*SB.
  • the thicknesses and depths are each determined perpendicular to the surface of the first workpiece facing the laser beam (in particular KT, EST, D1, D2).
  • an unstretched laser beam (with an aspect ratio FDQ/FDL around 1, usually with 0.8 ⁇ FDQ/FDL ⁇ 1.2, preferably 0.9 ⁇ FDQ/FDL ⁇ 1.1) is preferably used for laser welding .
  • the focus of the laser beam on the workpiece surface is typically round (isotropic laser beam).
  • 0.40*EST ⁇ KT ⁇ 0.60*EST preferably 0.45*EST ⁇ KT ⁇ 0.55*EST. This parameter range has proven particularly useful in practice.
  • the proportions of heat conduction and capillary depth in the welding depth are then particularly well balanced.
  • a variant is also preferred in which 0.25*D2 ⁇ TD ⁇ 0.75*D2 applies, preferably 0.33*D2 ⁇ TD ⁇ 0.67*D2, particularly preferably 0.40*D2 ⁇ TD ⁇ 0.60*D2.
  • a particularly reliable connection of the second workpiece to the first workpiece can be achieved.
  • a sufficient partial thickness of the second workpiece is melted in order to ensure a minimum mechanical connection.
  • not too large a part thickness is melted, which reduces the risk of welding through; penetration welding can mechanically weaken the connection due to loss of material.
  • TD >0.5*D2 the mechanical connection is usually no longer improved, but the energy requirement of the welding process increases and at the same time the risk of undesirably high weld pool dynamics.
  • a variant is particularly preferred in which the laser welding is performed in such a way that for a width KB of the vapor capillary on a surface of the first workpiece facing the laser beam, measured transversely to a direction of the weld seam, the following applies: 0.50 ⁇ KT/KB ⁇ 2 .00, preferably 0.75 ⁇ KT/KB ⁇ 1.50, in particular for a focus diameter FDQ of the laser beam transverse to a feed direction of the laser beam and a focus diameter FDL of the laser beam along the feed direction, each measured in the plane of the surface facing the laser beam of the first workpiece, the following applies: 0.8 ⁇ FDQ/FDL ⁇ 1.2, preferably 0.9 ⁇ FDQ/FDL ⁇ 1.1.
  • KT/KB With the specified aspect ratios for KT/KB, the desired transitional welding and the associated advantages, in particular a uniform welding depth EST and a high possible feed rate, are best achieved. These KT/KB aspect ratios fit particularly well when FDL>FDQ.
  • a laser with an unstretched focus profile for example with an approximately point focus, with an aspect ratio FDQ/FDL around 1 has proven itself, in particular to keep the melt pool dynamics low. 0.50 ⁇ EST/B ⁇ 1.50, preferably 0.75 ⁇ EST/B ⁇ 1.25, also often applies.
  • These average laser wavelengths are well suited for welding thin workpieces such as sheet steel.
  • the laser beam has an average laser power P, with 60 W ⁇ P ⁇ 1200 W, preferably 100 W ⁇ P ⁇ 500 W.
  • P average laser power
  • the laser welding according to the invention can be carried out in practice with many types of workpieces in the transition area implement well.
  • the laser beam has a focus diameter FD in the plane of the surface of the first workpiece facing the laser beam, with 10 ⁇ m ⁇ FD ⁇ 100 ⁇ m, preferably 14 ⁇ m ⁇ FD ⁇ 60 ⁇ m, particularly preferably 25 ⁇ m ⁇ FD ⁇ 39pm.
  • these diameters can be used well for welding thin workpieces within the scope of the invention in the transition region.
  • the focus diameter FD is assumed here as a maximum focus diameter, with 0.8 ⁇ FDQ/FDL ⁇ 1.2, preferably 0.9 ⁇ FDQ/FDL ⁇ 1.1, generally applying.
  • a width B of the melted material of the first workpiece on its surface facing the laser beam measured transversely to a direction of the weld seam: 60 ⁇ m ⁇ B ⁇ 600 ⁇ m, preferably 80 ⁇ m ⁇ B ⁇ 400 ⁇ m, particularly preferably 100 ⁇ m ⁇ B ⁇ 200 ⁇ m.
  • a good mechanical connection can be achieved with the thin workpieces.
  • a variant is particularly preferred in which the following applies: D1 ⁇ 250 ⁇ m and D2 ⁇ 250 ⁇ m, preferably where 50 ⁇ m ⁇ D1 ⁇ 200 ⁇ m and 50 ⁇ m ⁇ D2 ⁇ 200 ⁇ m, particularly preferably 75 ⁇ m ⁇ D1 ⁇ 100 ⁇ m and 75 ⁇ m ⁇ D2 ⁇ 100 pm.
  • D1 D2 or also O.8*D1 ⁇ D2 ⁇ 1.2*D1, at least in the area of the weld seam.
  • a variant is also preferred in which the following applies: 50 ⁇ m ⁇ EST ⁇ 600 ⁇ m, preferably 60 ⁇ m ⁇ EST ⁇ 400 ⁇ m, particularly preferably 75 ⁇ m ⁇ EST ⁇ 225 ⁇ m.
  • these welding depths can be realized very well, and in particular are also very constant over the length of the weld seam.
  • the weld depth EST generally fluctuates by less than 20%, usually less than 10%, and often less than 5% around its mean value.
  • a variant is advantageous in which the laser beam is moved at a feed rate v relative to the workpieces, with v>5 m/min, preferably v>10 m/min, in particular in which the laser beam is deflected with a laser scanner.
  • the specified high feed speeds welding speeds
  • the specified high feed speeds can generally be set up without any problems with a good weld seam quality, and permit high manufacturing efficiency.
  • the two workpieces are designed as curved metal sheets, which are pressed onto one another with convexly curved outer sides during laser welding, so that the metal sheets are aligned approximately plane-parallel in a contact zone due to elastic deformation and rest against one another, with the laser beam the two metal sheets are welded in the area of this contact zone along the weld seam, in particular the two curved metal sheets being made of steel.
  • This procedure enables a particularly robust connection of the workpieces.
  • the elastic deformation avoids or minimizes a gap (void) between the workpieces during the welding process, and the weld is achieved over the same width as flat workpieces despite the curvature of the workpieces in the relaxed state.
  • a variant in which the two workpieces are designed as flexible metal foils is also advantageous.
  • the flexible metal foils When welding the flexible metal foils, a very reliable, robust mechanical connection can be created with the invention.
  • the foils are pressed onto one another with a stamp during the welding process.
  • the invention enables a very reliable welded connection of the two workpieces, which meets high demands on gas tightness (or also liquid tightness) and can ensure low electrical (or also thermal) contact resistances between the workpieces. Therefore, the use in electrical conductors and gas seals is particularly advantageous. zi
  • the two workpieces are bipolar plates of a fuel cell.
  • the bipolar plates of a fuel cell usually have to be connected in a gas-tight manner (usually for oxygen) as a good electrical connection in order to be able to pass on the electricity generated with the fuel cell with little loss.
  • bipolar plates have thicknesses that can be easily connected using the method according to the invention.
  • 1a shows a schematic cross section through two workpieces which are welded using the method according to the invention, perpendicular to the direction of advance of the laser beam and at the level of the vapor capillary;
  • FIG. 1b shows a schematic oblique view of the workpieces from FIG. 1a;
  • FIG. 2a shows a schematic cross-section through two workpieces that are welded using heat conduction welding in a departure from the invention
  • 2b shows a schematic cross-section through two workpieces which are welded according to the invention in the transition area between heat conduction welding and deep penetration welding;
  • 2c shows a schematic cross-section through two workpieces which, in contrast to the invention, are welded using deep penetration welding;
  • 3a shows a schematic cross-section through two convexly curved workpieces to be welded according to the invention
  • FIG. 3b shows a schematic cross section through the workpieces from FIG. 3a, which are welded in the pressed, elastically deformed state according to the invention.
  • the workpieces W1, W2 are only shown in a partial area.
  • the workpieces W1, W2 can be designed as flexible foils, for example.
  • the first workpiece W1 and the second workpiece W2 are arranged one on top of the other in an overlapping area UB; suitable holding tools can be used for this (e.g. robot arms or stamps, not shown in detail).
  • the workpieces Wl, W2 are mostly made of metallic material.
  • the thicknesses D1, D2 are measured perpendicular to a surface 3 of the first workpiece W1.
  • a laser beam 2 is directed onto the surface 3 of the first workpiece W1 in order to weld the workpieces W1, W2 to one another in the lap joint.
  • the laser beam 2 is moved relative to the workpieces W1, W2 along the feed direction VR, typically by means of a laser scanner (not shown), which is designed, for example, with a mirror that can be moved by means of a piezo drive.
  • the laser beam 2 is generated, for example, by an IR laser with a wavelength of 1030 nm.
  • the laser beam 2 produces a weld seam 4 with a course direction VLR, which corresponds to the feed direction VR.
  • the laser beam 2 generates the vapor capillary 1 in the material of the first workpiece W1 (note that the vapor capillary can also reach into the second workpiece in other variants if the second workpiece is significantly thicker than the first workpiece, not shown).
  • the vapor capillary 1 has a (maximum) capillary width KB on the surface 3 of the first workpiece W1, which corresponds very precisely to the (maximum) focus diameter FDQ of the laser beam 3 measured in a transverse direction QR.
  • the transverse direction QR runs perpendicular to the feed direction VR and in the plane of the laser beam 2 facing surface 3 of the first workpiece Wl.
  • the laser beam 2 is designed here as a circular point focus, so that a (maximum) focus diameter FDL (also called longitudinal focus diameter) along the feed direction VR is equal to the focus diameter FDQ (also called transverse focus diameter) in the transverse direction QR.
  • the laser beam 2 here has a direction-independent, uniform focus diameter FD, which represents a preferred variant.
  • the vapor capillary 1 reaches up to a capillary depth KT here into the material of the first workpiece W1.
  • KT is approximately 3/4 of the thickness D1, ie approximately 75 ⁇ m.
  • the material of the workpieces W1, W2 is melted around the vapor capillary 1; a melt pool 5 is therefore formed.
  • the material in the cross-sectional plane shown in FIG.
  • the melting width SB is about 65 pm here.
  • the material of the second workpiece W2 is melted over a partial thickness TD of approximately 40 ⁇ m here.
  • the vapor capillary KB also has a capillary width KB of approximately 50 ⁇ m, which is measured in the transverse direction QR in the plane of the workpiece surface 3 .
  • the capillary width KB corresponds quite precisely to the focal diameter FDQ in the transverse direction QR.
  • the weld seam 4 has a width B (measured in the transverse direction QR) of approx. 180 ⁇ m here, corresponding to the sum KB+2*SB.
  • the laser power of the laser beam 2, the focus diameter FD of the laser beam 2 on the workpiece surface 3 and a feed rate (welding speed) of the laser welding were selected in such a way that the relationships shown here between the vapor capillary 1, the molten pool 5 and the geometry of the workpiece are set in order to carry out the laser welding in the transitional regime between heat conduction welding and deep penetration welding.
  • FIG. 2a illustrates a typical heat conduction welding
  • FIG. 2b a typical inventive laser welding in the transition region (transition mode welding)
  • FIG. 2c a typical laser welding in the deep welding region (deep penetration welding).
  • the laser beam 2 creates only a very small, flat vapor capillary 1 with a small capillary depth KT (or even no appreciable vapor capillary at all, the latter not shown).
  • SB melting width
  • SB* at the lowest point of the vapor capillary 1 corresponds very precisely to the melting width SB** in the workpiece surface 3, so that the melting width is uniformly referred to as SB in the following.
  • SB melting width
  • approximately KT 0.23*EST.
  • the range KT ⁇ 0.33*EST is assigned to the undesired heat conduction regime.
  • the capillary depth KT is also significantly smaller than the capillary width KB.
  • approximately KT/KB 0.30.
  • the range KT/KB ⁇ 0.50 is assigned to the undesirable heat conduction regime.
  • 2b illustrates the laser welding according to the invention in the transition area.
  • the laser beam 2 generates a medium-sized vapor capillary 1.
  • the welding depth EST is based approximately equally on the capillary depth KT of the vapor capillary 1 and the melting width SB of the molten bath 5.
  • KT 0.5*EST.
  • the range 0.33 ⁇ KT/EST ⁇ 0.67 is assigned to the desired transition regime.
  • the capillary depth KT is also similar or only slightly larger than the capillary width KB.
  • approximately KT/KB 1.0 applies.
  • the range 0.50 ⁇ KT/KB ⁇ 2.00 is assigned to the desired laser welding in the transition regime.
  • FIG. 2c illustrates laser welding in the deep welding regime.
  • the laser beam 2 generates a very large, deep vapor capillary 1.
  • the welding depth EST is essentially based on the capillary depth KT of the vapor capillary 1.
  • KT 0.88*EST.
  • the range KT>0.67*EST is assigned to the undesired deep welding regime.
  • the capillary depth KT is also significantly larger than the capillary width KB.
  • approximately KT/KB 2.1.
  • the area KT/KB>2.0 is assigned to the undesired laser welding in the deep welding regime.
  • the capillary depth KT can easily be determined from the width B of the weld seam and the weld depth EST if the focus diameter FDQ is known in the transverse direction QR (or if the capillary width KB is known).
  • FIG. 3a schematically shows two workpieces W1, W2, which are designed as curved metal sheets, in particular steel sheets, in a schematic cross section perpendicular to the desired weld seam.
  • the two workpieces W1, W2 are designed here as bipolar plates for a fuel cell.
  • FIG. 3a (just like FIG. 3b) only shows a partial area of the workpieces W1, W2 in which welding according to the invention is to take place.
  • the two workpieces W1, W2 can also have multiple weld seams (not shown).
  • the two workpieces W1, W2 have convexly curved outer sides 31, 32 facing one another. If the two workpieces (sheets) W1, W2 are placed against one another with these curved outer sides, there is only contact along a narrow contact line 30; in the cross-section shown in Fig. 3a perpendicular to this contact line 30, this contact line 30 appears as a point.
  • the workpieces W1, W2 are pressed together with their convex outer sides 31, 32 for the welding (cf. pressing direction 34), whereby an elastic deformation of the outer sides 31, 32 occurs, cf. Fig.
  • the laser welding according to the invention takes place with a laser beam 2, which is directed onto the workpiece surface 3 of the first workpiece W1.
  • the feed direction of the laser beam 2 is here perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 3b.
  • the laser beam 2 melts the material of the first workpiece W1 over its full thickness D1 and the material of the second workpiece W2 to almost half its thickness D2 (cf. e.g. FIG. 2b for the conditions of the transition regime according to the invention).
  • the melting of the workpiece material takes place within the contact zone 35, which at the same time represents an overlapping area UB of the workpieces W1, W2, in which the workpieces W1, W2 overlap one another.
  • the elastic deformation of the workpieces W1, W2 or the pressing force is selected to be so strong that a contact width KOB of the contact zone 35 is greater than the width B of the weld seam 4.
  • a particularly high-quality weld seam 4 can thereby be obtained. comparable to the quality of a weld between two flat workpieces lying against one another (as shown in FIG. 1a).
  • the weld seam that can be obtained in FIG. 3b can be produced in particular gas-tight and with a low electrical resistance between the workpieces W1, W2.
  • welding can take place in particular with the following parameters:
  • welding can take place in particular with the following parameters:

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschweißen zweier Werkstücke (W1, W2) entlang einer Schweißnaht (4), wobei zumindest in einem Überlappbereich (ÜB) ein erstes Werkstück (W1) mit einer Dicke D1 und ein zweites Werkstück (W2) mit einer Dicke D2 überlappend aufeinander angeordnet werden, wobei die Dicken D1, D2 der beiden Werkstücke (W1, W2) jeweils 400 µm oder weniger betragen, wobei im Überlappbereich (ÜB) mit einem entlang der Schweißnaht (4) geführten Laserstrahl (2) von der Seite des ersten Werkstücks (W1) das Material des ersten Werkstücks (W1) über seine gesamte Dicke D1 und das Material des zweiten Werkstücks (W2) über lediglich eine Teildicke TD seiner gesamten Dicke D2 aufgeschmolzen werden, und wobei das Laserschweißen so ausgeführt wird, dass der Laserstrahl (2) eine Dampfkapillare (1) erzeugt, die sich bis zu einer Kapillartiefe KT in das erste Werkstück (W1) oder in das erste und zweite Werkstück (W1, W2) hinein erstreckt, wobei gilt 0,33*EST ≤ KT ≤ 0,67*EST, mit Einschweißtiefe EST=D1+TD. Mit der Erfindung kann beim Verschweißen von dünnen Werkstücken eine hohe Nahtqualität bei hoher Vorschubgeschwindigkeit erreicht werden.

Description

Verfahren zum Laserschweißen zweier dünner Werkstücke in einem Überlappungsbereich
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschweißen zweier Werkstücke entlang einer Schweißnaht, wobei zumindest in einem Überlappbereich ein erstes Werkstück mit einer Dicke Dl und ein zweites Werkstück mit einer Dicke D2 überlappend aufeinander an- geordnet werden, und wobei die Dicken Dl, D2 der beiden Werkstücke jeweils 400 pm oder weniger betragen.
Laserschweißen (auch genannt Laserstrahlschweißen) wird dazu eingesetzt, auf- schmelzbare, meist metallische Werkstücke dauerhaft miteinander zu verbinden. Das Laserschweißen kann dabei mit vergleichsweise großer Geschwindigkeit, hoher Präzision (insbesondere mit schmaler Schweißnaht) und geringem thermischen Verzug der Werkstücke erfolgen. Je nach Strahlintensität des eingesetzten Laserstrahls kann das Laserschweißen als Wärmeleitungsschweißen oder als Tiefschweißen erfolgen.
Beim Tiefschweißen erzeugt der Laserstrahl im Werkstückmaterial eine ausgeprägte Dampfkapillare (keyhole), die sich entlang der Strahlrichtung in das Werkstückmaterial hinein erstreckt. Durch Mehrfachreflexionen des Laserstrahls an den Wandungen der Dampfkapillare wird die Absorption im Werkstückmaterial erhöht. Der Werkstoff kann auch in der Tiefe und in einem großen Volumen aufgeschmolzen werden. Das Tiefschweißen kann mit vergleichsweise hoher Vorschubgeschwindigkeit (Schweißgeschwindigkeit) erfolgen. Jedoch kommt es beim Tiefschweißen oft zu Spritzern und zu Porenbildung, und häufig wird auch eine unregelmäßige Einschweißtiefe entlang der Schweißnaht beobachtet (Spiking). Beim Verschweißen von dünnen Werkstücken kann es dann zu lokalen Anbindungsproblemen kommen; die Schweißnaht kann mechanisch instabil sein, oder es wird eine gewünschte Gasdichtigkeit oder auch eine gewünschte Qualität einer elektrischen Kontaktierung nicht erreicht.
Beim Wärmeleitschweißen wird das Werkstückmaterial durch den Laserstrahl nahe der Oberfläche aufgeschmolzen, ohne dass eine merkliche Dampfkapillare entsteht. Die Einschweißtiefe wird wesentlich durch die Wärmeleitung des Werkstückmaterials bestimmt. Es treten kaum Unregelmäßigkeiten wie Spritzer oder Poren auf, und die Schweißnaht ist relativ glatt. Nachteilig ist jedoch eine vergleichsweise geringe Vorschubgeschwindigkeit und Einschweißtiefe; auch kann es zu vermehrtem thermischem Verzug kommen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, beim Verschweißen von dünnen Werkstücken eine hohe Nahtqualität bei hoher Vorschubgeschwindigkeit zu erreichen.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Laserschweißen zweier Werkstücke entlang einer Schweißnaht, wobei zumindest in einem Überlappbereich ein erstes Werkstück mit einer Dicke Dl und ein zweites Werkstück mit einer Dicke D2 überlappend aufeinander angeordnet werden, wobei die Dicken Dl, D2 der beiden Werkstücke jeweils 400 pm oder weniger betragen, wobei im Überlappbereich mit einem entlang der Schweißnaht geführten Laserstrahl von der Seite des ersten Werkstücks das Material des ersten Werkstücks über seine gesamte Dicke Dl und das Material des zweiten Werkstücks über lediglich eine Teildicke TD seiner gesamten Dicke D2 aufgeschmolzen werden, und wobei das Laserschweißen so ausgeführt wird, dass der Laserstrahl eine Dampfkapillare erzeugt, die sich bis zu einer Kapillartiefe KT in das erste Werkstück oder in das erste und zweite Werkstück hinein erstreckt, wobei gilt 0,33*EST < KT < 0,67*EST, mit Einschweißtiefe EST=D1+TD.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, das Laserschweißen von zwei dünnen Werkstücken im Überlappstoß in einem Übergangsbereich zwischen Wärmeleitungsschweißen und Tiefschweißen zu führen („Transition mode welding").
Dadurch ist es möglich, die Vorteile beider Verfahren großteils zu nutzen, und die Nachteile beider Verfahren weitgehend zu vermeiden. Insbesondere kann eine ausreichende Einschweißtiefe mit großer Genauigkeit eingehalten werden, so dass insbesondere auch gasdichte und elektrisch gut leitfähige Verbindungen zuverlässig eingerichtet werden können. Gleichzeitig kann mit einer vergleichsweise hohen Vorschubgeschwindigkeit gefertigt werden.
Unter den erfindungsgemäßen Bedingungen für die Kapillartiefe KT (Erstreckung der Dampfkapillare ins Werkstückmaterial hinein) im Verhältnis zur Einschweißtiefe EST (Erstreckung des Schmelzbades ins Werkstückmaterial hinein) erfolgt das Verschweißen in dem gewünschten Übergangbereich zwischen Wärmeleitschweißen und Tiefschweißen, und eine hohe Schweißnahtqualität ist mit relativ hoher Vorschubgeschwindigkeit erreichbar.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht eine Dampfkapillare, diese ist jedoch im Vergleich zum herkömmlichen Tiefschweißen relativ kurz ausgebildet (in Richtung in das Werkstückmaterial hinein bzw. in Laserstrahlrich- tung). Die Einschweißtiefe wird sowohl durch Wärmeleitung, als auch durch die Tiefe der Dampfkapillare wesentlich bestimmt, wobei die beiden Anteile näherungsweise gleich groß sind. Dadurch kann eine größere Einschweißtiefe als beim Wärmeleitungsschweißen erreicht werden, die insbesondere gut für das Verschweißen von dünnen Werkstücken wie Blechen geeignet ist. Gleichzeitig bleibt aber die Schmelzbaddynamik noch gering, insbesondere auch weil die Gesamtmenge des aufgeschmolzenen Materials relativ gering bleibt. Die Energieabsorption aus dem Laserstrahl in das Werkstückmaterial ist weniger stark ist als beim Tiefschweißen, weil die geringe Kapillartiefe nur wenige Reflexionen des Laserstrahls innerhalb der Dampfkapillare erlaubt. Zudem gleicht das im Wesentlichen mit der Vorschubgeschwindigkeit synchrone Aufschmelzen des Werkstückmaterials durch Wärmeleitung demgegenüber schnellere dynamische Bewegungen im Schmelzbad großteils aus.
Die Messung der Einschweißtiefe EST ist während des Schweißprozesses beispielsweise mittels Ultraschallwellen möglich, die an der Grenzfläche von flüssigem Werkstückmaterial und festem Werkstückmaterial reflektiert werden. Die Messung der Kapillartiefe KT der Dampfkapillare kann während des Schweißprozesses beispielsweise mittels der Reflektion eines Messlaserstrahls am Kapillarboden erfolgen. Andere Parameter sind meist vorbekannt (etwa Fokusdurchmesser des Laserstrahls) oder mittels anderer Sensoren während des Schweißprozesses leicht ermittelt werden. Beispielsweise können einige Parameter während des Schweißprozesses optisch mit einer Kamera gemessen werden, insbesondere die Breite B der Schweißnaht/des aufgeschmolzenen Bereichs oder die Kapillarbreite KB an der Werkstückoberfläche quer zur Vorschubrichtung, die näherungsweise dem Fokusdurchmesser FDQ quer zur Vorschubrichtung entspricht. Entsprechend kann die Einhaltung der erfindungsgemäßen Bedingungen, falls gewünscht, während des Schweißprozesses überprüft und ggf. nachgeregelt werden.
Um die Dampfkapillare herum entsteht näherungsweise gleichmäßig in alle Richtungen (in der Ebene quer zur Vorschubrichtung) ein aufgeschmolzener Bereich einer Schmelzbreite SB. Wenn man den Fokusdurchmesser FDQ des Laserstrahls an der dem Laserstrahl zugewandten (vorderen) Oberfläche des ersten Werk- Stücks W1 quer zur Schweißrichtung kennt, der ungefähr der dortigen Breite der Dampfkapillare KB entspricht, kann über die Breite B der Schweißnaht an der vorderen Werkstückoberfläche die Schmelzbreite SB gut bestimmt werden zu SB=(B-FDQ)/2. Aus der Differenz der Einschweißtiefe EST, die im Schliffbild (Querschliff) gut zu erkennen ist, und der so bestimmten Schmelzbereite SB kann dann auch die Kapillartiefe KT im Schliffbild näherungsweise bestimmt werden zu KT=EST-SB. Entsprechend kann auch die Einhaltung der erfindungsgemäßen Bedingungen leicht nachträglich am geschweißten Werkstück überprüft werden, und ggf. können Prozessparameter dann iteriert werden, um die erfindungsgemäßen Bedingungen bei zukünftigen Werkstücken einzuhalten.
Man beachte, dass die Schmelzbreite SB im Rahmen der Erfindung meist ungefähr der Kapillartiefe KT entspricht, bevorzugt mit 0,67*SB<KT<l,33*SB, besonders bevorzugt 0,80*SB<KT<l,20*SB.
Die Dicken und Tiefen werden jeweils senkrecht zur dem Laserstrahl zugewandten Oberfläche des ersten Werkstücks bestimmt (insbesondere KT, EST, Dl, D2). Bevorzugt wird im Rahmen der Erfindung zum Laserschweißen ein ungestreckter Laserstrahl (mit einem Aspektverhältnis FDQ/FDL um die 1, meist mit 0,8 < FDQ/FDL < 1,2, bevorzugt 0,9 < FDQ/FDL < 1,1) eingesetzt. Der Fokus des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche ist typischerweise rund (isotroper Laserstrahl).
Bevorzugte Varianten der Erfindung
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt 0,40*EST < KT < 0,60*EST, bevorzugt 0,45*EST< KT < 0,55*EST. Dieser Parameterbereich hat sich in der Praxis besonders bewährt. Die Anteile von Wärmeleitung und Kapillartiefe an der Einschweißtiefe sind dann besonders gut ausgewogen.
Bevorzugt ist auch eine Variante, bei der gilt 0,25*D2 < TD < 0,75*D2, bevorzugt 0,33*D2 < TD < 0,67*D2, besonders bevorzugt 0,40*D2 < TD < 0,60*D2. Dadurch kann eine besonders zuverlässige Verbindung des zweiten Werkstücks an das erste Werkstück erreicht werden. Es wird zum einen eine ausreichende Teildicke des zweiten Werkstücks aufgeschmolzen, um eine mechanische Mindestanbindung sicherzustellen. Gleichzeitig wird auch nicht eine zu große Teildicke aufgeschmolzen, was die Gefahr eines Durchschweißens vermindert; eine Durchschweißung kann die Verbindung mechanisch aufgrund von Materialverlust schwächen. Zudem wird bei größeren Teildicken, insbesondere TD >0,5*D2, die mechanische Anbindung meist nicht mehr verbessert, es steigt aber der Energiebedarf des Schweißprozesses und gleichzeitig auch die Gefahr einer unerwünscht hohen Schmelzbaddynamik.
Besonders bevorzugt ist eine Variante, bei der das Laserschweißen so geführt wird, dass für eine Breite KB der Dampfkapillare an einer dem Laserstrahl zugewandter Oberfläche des ersten Werkstücks, gemessen quer zu einer Verlaufsrichtung der Schweißnaht, gilt: 0,50 < KT/KB < 2,00, bevorzugt 0,75 < KT/KB < 1,50, insbesondere wobei für einen Fokusdurchmesser FDQ des Laserstrahls quer zu einer Vorschubrichtung des Laserstrahls und einen Fokusdurchmesser FDL des Laserstrahls entlang der Vorschubrichtung, jeweils gemessen in der Ebene der dem Laserstrahls zugewandten Oberfläche des ersten Werkstücks, gilt: 0,8 < FDQ/FDL < 1,2, bevorzugt 0,9 < FDQ/FDL < 1,1. Bei den angegebenen Aspektverhältnissen für KT/KB werden das gewünschte Übergangsschweißen und die damit einhergehenden Vorteile, insbesondere eine gleichmäßige Einschweißtiefe EST und eine hohe mögliche Vorschubgeschwindigkeit, am besten erreicht. Diese Aspektverhältnisse für KT/KB passen insbesondere gut, wenn FDL>FDQ. Zudem hat sich die Verwendung eines Lasers mit ungestrecktem Fokusprofil, beispielsweise mit näherungsweise Punktfokus, mit einem Aspektverhältnis FDQ/FDL um die 1 bewährt, insbesondere um die Schmelzbaddynamik gering zu halten. Oft gilt auch 0,50 < EST/B < 1,50, bevorzugt 0,75 < EST/B < 1,25. Bevorzugt ist weiterhin eine Variante, bei der der Laserstrahl eine mittlere Wellenlänge X aufweist, mit X < 1200 nm, bevorzugt wobei a) 900 nm < X < 1100 nm, insbesondere X=1030 nm oder 1064 nm oder 1070 nm, oder b) 500 nm < X < 600 nm, insbesondere X=515 nm, oder c) 400 nm < X < 500 nm, insbesondere X=450 nm. Diese mittleren Laserwellenlängen eigenen sich gut für das Verschweißen von dünnen Werkstücken wie Stahlblechen.
Vorteilhaft ist weiterhin eine Variante, bei der der Laserstrahl eine mittlere Laserleistung P aufweist, mit 60 W < P < 1200 W, bevorzugt 100 W < P < 500 W. Mit diesen Laserleistungen lässt sich in der Praxis bei vielen Werkstücktypen das erfindungsgemäße Laserschweißen im Übergangsbereich gut umsetzen.
Bevorzugt ist weiterhin eine Variante, bei der der Laserstrahl in der Ebene der dem Laserstrahl zugewandten Oberfläche des ersten Werkstücks einen Fokusdurchmesser FD aufweist, mit 10 pm < FD < 100 pm, bevorzugt 14 pm < FD < 60 pm, besonders bevorzugt 25 pm < FD < 39 pm. Diese Durchmesser können in der Praxis gut dafür eingesetzt werden, dünne Werkstücke im Rahmen der Erfindung im Übergangsbereich zu verschweißen. Der Fokusdurchmesser FD wird hier als ein maximaler Fokusdurchmesser angenommen, wobei in der Regel 0,8 < FDQ/FDL < 1,2, bevorzugt 0,9 < FDQ/FDL < 1,1 gilt.
Bevorzugt ist weiterhin eine Variante, bei der für eine Breite B des aufgeschmolzenen Materials des ersten Werkstücks an dessen dem Laserstrahl zugewandter Oberfläche, gemessen quer zu einer Verlaufsrichtung der Schweißnaht, gilt: 60 pm < B < 600 pm, bevorzugt 80 |jm < B < 400 |jm, besonders bevorzugt 100 pm < B < 200 pm. In diesem Bereich kann mit den dünnen Werkstücken eine gute mechanische Anbindung erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist eine Variante, bei der gilt: Dl < 250 pm und D2 < 250 pm, bevorzugt wobei 50 pm < Dl < 200 pm und 50 pm < D2 < 200 pm, besonders bevorzugt 75 pm < Dl < 100 pm und 75 pm < D2 < 100 pm. Bei diesen Werkstückdicken haben sich in der Praxis sehr gute Schweißnahtqualitäten bei hoher Schweißgeschwindigkeit erreichen lassen. In vielen Anwendungsfällen gilt D1 = D2 oder auch O,8*D1 < D2 < 1,2*D1, zumindest im Bereich der Schweißnaht.
Bevorzugt ist auch eine Variante, bei der gilt: 50 pm < EST < 600 pm, bevorzugt 60 pm < EST < 400 pm, besonders bevorzugt 75 pm < EST < 225 pm. Diese Einschweißtiefen sind im Rahmen der Erfindung sehr gut realisierbar, insbesondere auch sehr konstant über die Länge der Schweißnaht. Die Einschweißtiefe EST schwankt bei einer erfindungsgemäßen Verschweißung in der Regel weniger als 20%, meist weniger als 10%, und oft weniger als 5% um ihren Mittelwert.
Vorteilhaft ist eine Variante, bei der der Laserstrahl mit einer Vorschubgeschwindigkeit v relativ zu den Werkstücken bewegt wird, mit v > 5 m/min, bevorzugt v > 10 m/min, insbesondere wobei der Laserstrahl mit einem Laserscanner abgelenkt wird. Die angegebenen hohen Vorschubgeschwindigkeiten (Schweißgeschwindigkeiten) können im Rahmen der Erfindung in der Regel problemlos bei guter Schweißnahtqualität eingerichtet werden, und gestatten eine hohe Fertigungseffizienz. Bevorzugt ist auch eine Variante, bei der die beiden Werkstücke als gekrümmte Bleche ausgebildet sind, die während des Laserschweißens mit konvex gekrümmten Außenseiten aufeinander gepresst werden, so dass die Bleche in einer Kontaktzone durch elastische Verformung näherungsweise planparallel ausgerichtet sind und aneinander anliegen, wobei der Laserstrahl die beiden Bleche im Bereich dieser Kontaktzone entlang der Schweißnaht verschweißt, insbesondere wobei die beiden gekrümmten Bleche aus Stahl gefertigt sind. Durch dieses Vorgehen wird eine besonders robuste Verbindung der Werkstücke ermöglicht. Die elastische Verformung vermeidet oder minimiert einen Spalt (Leerraum) zwischen den Werkstücken während des Schweißprozesses, und die Verschweißung wird, trotzt der Krümmung der Werkstücke im entspannten Zustand, über die gleiche Breite wie bei ebenen Werkstücken erreicht.
Vorteilhaft sich auch eine Variante, bei der die beiden Werkstücke als flexible Metallfolien ausgebildet sind. Beim Verschweißen der flexiblen Metallfolien kann mit der Erfindung eine sehr zuverlässige, robuste mechanische Verbindung erzeugt werden. Typischerweise werden die Folien während des Schweißens mit einem Stempel aufeinander gedrückt.
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch die Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verschweißen von durch die beiden Werkstücke ausgebildeten elektrischen Leitern und/oder Gasabdichtungen. Die Erfindung ermöglicht eine sehr zuverlässige Schweißverbindung der beiden Werkstücke, die hohen Anforderungen an Gasdichtigkeit (oder auch Flüssigkeitsdichtigkeit) gerecht wird, und niedrige elektrische (oder auch thermische) Übergangswiderstände zwischen den Werkstücken sicherstellen kann. Daher ist die Verwendung bei elektrischen Leitern und Gasabdichtungen besonders vorteilhaft. zi
Bei einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Verwendung sind die beiden Werkstücke Bipolarplatten einer Brennstoffzelle. Die Bipolarplatten einer Brennstoffzelle müssen in der Regel sowohl gasdicht verbunden sein (meist für Sauerstoff) als eine gute elektrische Verbindung haben, um mit der Brennstoffzelle erzeugten Strom verlustarm weiterleiten zu können. Zudem weisen Bipolarplatten Dicken auf, die mit den erfindungsgemäßen Verfahren gut verbunden werden können.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Detaillierte Beschreibunq der Erfindunq und Zeichnunq
Fig. la zeigt einen schematischen Querschnitt durch zwei Werkstücke, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verschweißt werden, senkrecht zur Vorschubrichtung des Laserstrahls und auf Höhe der Dampfkapillare;
Fig. lb zeigt eine schematische Schrägansicht auf die Werkstücke von Fig. la;
Fig. 2a zeigt einen schematischen Querschnitt durch zwei Werkstücke, die abweichend von der Erfindung mit Wärmeleitungsschweißen geschweißt werden;
Fig. 2b zeigt einen schematischen Querschnitt durch zwei Werkstücke, die gemäß der Erfindung im Übergangsbereich von Wärmeleitungsschweißen und Tiefschweißen geschweißt werden;
Fig. 2c zeigt einen schematischen Querschnitt durch zwei Werkstücke, die abweichend von der Erfindung mit Tiefschweißen geschweißt werden;
Fig. 3a zeigt einen schematischen Querschnitt durch zwei konvex gekrümmte Werkstücke, die gemäß der Erfindung verschweißt werden sollen;
Fig. 3b zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Werkstücke von Fig. 3a, die im aufeinander gepressten, elastisch verformten Zustand gemäß der Erfindung verschweißt werden.
Die Fig. la in einem schematischen Querschnitt (senkrecht zu einer Vorschubrichtung VR. und in der Mitte einer Dampfkapillare 1) und die Fig. lb in einer schematischen Schrägansicht illustrieren eine beispielhafte Variante des erfin- dungsgemäßen Verfahrens zum Laserschweißen zweier dünner Werkstücke Wl, W2. Die Werkstücke Wl, W2 sind zur Vereinfachung nur ein einem Teilbereich dargestellt. Die Werkstücke Wl, W2 können beispielsweise als flexible Folien ausgebildet sein.
Das erste Werkstück Wl und das zweite Werkstück W2 sind in einem Überlappungsbereich ÜB überlappend aufeinanderliegend angeordnet; hierfür können geeignete Haltewerkzeuge eingesetzt werden (z.B. Roboterarme oder Stempel, nicht näher dargestellt). Die Werkstücke Wl, W2 besitzen im Überlappungsbereich ÜB die Dicken Dl und D2, wobei hier die Dicken mit Dl = D2 = 100 pm gewählt sind. Die Werkstücke Wl, W2 sind meist aus metallischem Material gefertigt. Die Dicken Dl, D2 werden senkrecht zu einer Oberfläche 3 des ersten Werkstücks Wl gemessen.
Ein Laserstrahl 2 ist auf die Oberfläche 3 des ersten Werkstücks Wl gerichtet, um die Werkstücke Wl, W2 im Überlappstoß miteinander zu verschweißen. Der Laserstrahl 2 wird dabei relativ zu den Werkstücken Wl, W2 entlang der Vorschubrichtung VR bewegt, typischerweise mittels eines Laserscanners (nicht dargestellt), der beispielsweise mit einem mittels Piezoantrieb beweglichen Spiegel ausgebildet ist. Der Laserstrahl 2 ist beispielsweise durch einen IR-Laser mit einer Wellenlänge von 1030 nm erzeugt. Der Laserstrahl 2 erzeugt dadurch eine Schweißnaht 4 mit einer Verlaufsrichtung VLR, die der Vorschubrichtung VR entspricht.
Der Laserstrahl 2 erzeugt hier im Material des ersten Werkstücks Wl die Dampfkapillare 1 (man beachte, dass die Dampfkapillare in anderen Varianten auch bis in das zweite Werkstück hinein reichen kann, wenn das zweite Werkstück deutlich dicker ist als das erste Werkstück, nicht dargestellt). Die Dampfkapillare 1 weist an der Oberfläche 3 des ersten Werkstücks Wl eine (maximale) Kapillarbreite KB auf, die recht genau dem in einer Querrichtung QR gemessenen (maximalen) Fokusdurchmesser FDQ des Laserstrahls 3 entspricht. Die Querrichtung QR verläuft senkrecht zur Vorschubrichtung VR und in der Ebene der dem Laserstrahl 2 zugewandten Oberfläche 3 des ersten Werkstücks Wl. Der Laserstrahl 2 ist hier als ein kreisförmiger Punktfokus ausgebildet, so dass ein (maximaler) Fokusdurchmesser FDL (auch genannt Fokuslängsdurchmesser) entlang der Vorschubrichtung VR gleich dem Fokusdurchmesser FDQ (auch genannt Fokusquerdurchmesser) in Querrichtung QR ist. Der Laserstrahl 2 weist hier einen richtungsunabhängigen, einheitlichen Fokusdurchmesser FD auf, was eine bevorzugte Variante darstellt.
Die Dampfkapillare 1 reicht bis zu einer Kapillartiefe KT hier in das Material des ersten Werkstücks W1 hinein. In der gezeigten Variante beträgt KT ungefähr 3/4 der Dicke Dl, also ca. 75 pm.
Um die Dampfkapillare 1 herum wird das Material der Werkstücke Wl, W2 aufgeschmolzen; es bildet sich also ein Schmelzbad 5 aus. Ausgehend von der Dampfkapillare 1 wird dabei das Material (in der in Fig. la gezeigten Querschnittsebene senkrecht zur Vorschubrichtung VR) in alle Richtungen gleichmäßig über eine näherungsweise einheitliche Schmelzbreite SB aufgeschmolzen. Die Schmelzbreite SB beträgt hier ca. 65 pm. Entsprechend wird das Material des zweiten Werkstücks W2 über eine Teildicke TD von hier ca. 40 pm aufgeschmolzen. Die Einschweißtiefe EST=D1+TD, bis zu der ausgehend von der Oberfläche 3 das Material der Werkstücke Wl, W2 insgesamt aufgeschmolzen wird, beträgt hier ca. 140 pm. Damit gilt hier ungefähr KT=0,54*EST.
In der gezeigten Variante hat außerdem die Dampfkapillare KB eine Kapillarbreite KB von ungefähr 50 pm, die in Querrichtung QR in der Ebene der Werkstückoberfläche 3 gemessen wird. Man beachte, dass die Kapillarbreite KB recht genau dem Fokusdurchmesser FDQ in Querrichtung QR entspricht. Entsprechend ist die Kapillartiefe KT ungefähr 1,5 mal so groß wie die Kapillarbreite KB, also ca. KB/KT=l,50. Die Schweißnaht 4 besitzt eine Breite B (gemessen in Querrichtung QR) von hier ca. 180 pm, entsprechend der Summe KB+2*SB. Die Teildicke TD, über die in das zweite Werkstück W2 eingeschweißt wird, beträgt hier ungefähr 40% der gesamten Dicke D2, also TD=0,40*D2.
Insbesondere die Laserleistung des Laserstrahls 2, der Fokusdurchmesser FD des Laserstrahls 2 an der Werkstückoberfläche 3 und eine Vorschubgeschwindigkeit (Schweißgeschwindigkeit) des Laserschweißens wurden so gewählt, dass sich die hier gezeigten Verhältnisse von Dampfkapillare 1, Schmelzbad 5 und Werkstückgeometrie einstellt, um das Laserschweißen im Übergangsregime zwischen Wärmeleitungsschweißen und Tiefschweißen auszuführen.
Die Figuren 2a, 2b und 2c geben einen Überblick über die Verhältnisse von Kapillartiefen KT und Einschweißtiefen EST sowie von Kapillarbreiten KB und Kapillartiefen KT beim Laserschweißen in unterschiedlichen Schweißregimen in Querschnitten senkrecht zur Vorschubrichtung (ähnlich Fig. la); im gezeigten Beispiel wird dabei von einer ungestreckten Fokusgeometrie des Laserstrahl 2 ausgegangen (mit FDQ=FDL, etwa mit einem kreisrunden Punktfokus/isotroper Laserstrahl). Die Fig. 2a illustriert ein typisches Wärmeleitungsschweißen (heat conduction welding), die Fig. 2b ein typisches erfindungsgemäßes Laserschweißen im Übergangsbereich (transition mode welding) und Fig. 2c ein typisches Laserschweißen im Tiefschweißbereich (deep penetration welding).
Beim Wärmeleitungsschweißen, wie in Fig. 2a dargestellt, erzeugt der Laserstrahl 2 eine nur sehr kleine, flache Dampfkapillare 1 mit einer geringen Kapillartiefe KT (oder sogar überhaupt keine merkliche Dampfkapillare, letzteres nicht dargestellt). Die erzeugte Einschweißtiefe EST beruht im Wesentlichen auf der Breite des Schmelzbades 5 bzw. der Schmelzbreite SB, wobei EST=KT+SB, also ist KT deutlich kleiner als SB. Man beachte, dass die Schmelzbreite SB* am untersten Punkt der Dampfkapillare 1 in der Praxis mit der Schmelzbreite SB** in der Werkstückoberfläche 3 sehr genau übereinstimmt, so dass im Folgenden die Schmelzbreite einheitlich mit SB bezeichnet wird. Im gezeigten Beispiel beträgt ca. KT=0,23*EST. Im Rahmen der Erfindung wird dem nicht gewünschten Wärmeleitregime der Bereich KT<0,33*EST zugeordnet. Die Einschweißtiefe EST reicht nur minimal in das zweite Werkstück W2 hinein, hier mit ca. TD=0,08*D2.
Zudem ist im Wärmeleitregime (beim verwendeten isotropen Laserstrahl 2) zudem auch die Kapillartiefe KT deutlich kleiner als die Kapillarbreite KB. In Fig. 2a gilt ca. KT/KB=0,30. Im Rahmen der Erfindung wird dem nicht erwünschten Wärmeleitregime der Bereich KT/KB<0,50 zugeordnet. Die Fig. 2b illustriert das erfindungsgemäße Laserschweißen im Übergangsbereich. Der Laserstrahl 2 erzeugt eine mittelgroße Dampfkapillare 1. Die Einschweißtiefe EST beruht zu ungefähr gleichen Teilen auf der Kapillartiefe KT der Dampfkapillare 1 und der Schmelzbreite SB des Schmelzbades 5. Im gezeigten Beispiel beträgt ca. KT=0,5*EST. Im Rahmen der Erfindung wird dem gewünschten Übergangsregime der Bereich 0,33<KT/EST<0,67 zugeordnet. Die Einschweißtiefe EST reicht deutlich in das zweite Werkstück W2 hinein, hier mit ca. TD=0,6*D2.
Im Übergangsregime ist zudem auch die Kapillartiefe KT ähnlich groß oder nur wenig größer als die Kapillarbreite KB. In Fig. 2b gilt ca. KT/KB=l,0. Im Rahmen der Erfindung (beim verwendeten isotropen Laserstrahl 2, oder zumindest wenn FDQ<FDL) wird dem gewünschten Laserschweißen im Übergangsregime der Bereich 0,50<KT/KB<2,00 zugeordnet.
Die Fig. 2c illustriert schließlich das Laserschweißen im Tiefschweißregime. Der Laserstrahl 2 erzeugt eine sehr große, tiefe Dampfkapillare 1. Die Einschweißtiefe EST beruht im Wesentlichen auf der Kapillartiefe KT der Dampfkapillare 1. Im gezeigten Beispiel beträgt ca. KT=0,88*EST. Im Rahmen der Erfindung wird dem nicht gewünschten Tiefschweißregime der Bereich KT>0,67*EST zugeordnet. Die Einschweißtiefe EST reicht hier durch fast das gesamte, zweite Werkstück W2 hindurch, hier mit ca. TD=0,96*D2 (in vielen Fällen kommt es im Tiefschweißregime sogar zur Durchschweißung, also TD = D2, letzteres nicht dargestellt).
Im Tiefschweißregime (mit dem verwendeten isotropen Laserstrahls 2) ist zudem auch die Kapillartiefe KT deutlich größer als die Kapillarbreite KB. In Fig. 2c gilt ca. KT/KB=2,1. Im Rahmen der Erfindung wird dem nicht gewünschten Laserschweißen im Tiefschweißregime der Bereich KT/KB>2,0 zugeordnet.
Die Kapillartiefe KT kann bei bekanntem Fokusdurchmesser FDQ in Querrichtung QR (oder bekannter Kapillarbreite KB) leicht aus der Breite B der Schweißnaht und der Einschweißtiefe EST ermittelt werden. B und EST sind im Schliffbild (Querschliff wie in Fig. 2a-2c) einfach zu erkennen oder können auch in situ mit Kamera und Ultraschall gut beobachtet werden. Aus B und FDQ (letzteres ent- spricht KB) kann SB bestimmt werden mit SB=(B-FDQ)/2, und weiterhin KT=EST-SB.
Im Beispiel von Fig. 2a-2c ist D2 etwas größer als Dl, oft gilt jedoch D1 = D2.
Die Fig. 3a zeigt schematisch zwei Werkstücke Wl, W2, die als gekrümmte Bleche, insbesondere Stahlbleche, ausgebildet sind, in einem schematischen Querschnitt senkrecht zur gewünschten Schweißnaht. Die beiden Werkstücke Wl, W2 sind hier als Bipolarplatten für eine Brennstoffzelle ausgebildet. Man beachte, dass die Fig. 3a (ebenso wie die Fig. 3b) nur einen Teilbereich der Werkstücke Wl, W2 zeigt, in welchem eine erfindungsgemäße Verschweißung erfolgen soll. Man beachte ebenfalls, das die zwei Werkstücke Wl, W2 gegebenenfalls auch mehrere Schweißnähte erhalten können (nicht dargestellt).
Die beiden Werkstücke Wl, W2 besitzen einander zugewandte, konvex gekrümmte Außenseiten 31, 32. Legt man die beiden Werkstücke (Bleche) Wl, W2 mit diesen gekrümmten Außenseiten aneinander, so kommt es lediglich zu einer Berührung entlang einer schmalen Kontaktlinie 30; im in Fig. 3a gezeigten Querschnitt senkrecht zu dieser Kontaktlinie 30 erscheint diese Kontaktlinie 30 als ein Punkt.
Eine Verschweißung der Werkstücke Wl, W2 entlang dieser Kontaktlinie 30 wäre sehr schwierig, da der Bereich, der bei planparalleler Anlage normalerweise aufgeschmolzen würde, teilweise in einem oder mehreren V-förmigen Leerräumen 33 zwischen den Werkstückaußenseiten 31, 32 liegen würde; dadurch könnten leicht Lücken oder zumindest schwache Bereiche in der Schweißnaht entstehen.
Erfindungsgemäß werden die Werkstücke Wl, W2 für das Verschweißen mit ihren konvexen Außenseiten 31, 32 aufeinander zu gedrückt (vgl. Pressrichtung 34), wodurch eine elastische Verformung der Außenseiten 31, 32 eintritt, vgl. Fig.
3b. Die konvexen Außenseiten 31, 32 werden dabei ein wenig flachgedrückt, und es bildet sich um die vormalige Kontaktlinie eine quer zur Pressrichtung ausgedehnte Kontaktzone 35 aus, in welcher die Werkstücke Wl, W2 bzw. die Bleche näherungsweise planparallel zueinander ausgerichtet sind und aneinander anliegen.
In diesem elastisch verformten Zustand der Werkstücke Wl, W2 erfolgt das erfindungsgemäße Laserschweißen mit einem Laserstrahl 2, der auf die Werkstückoberfläche 3 des ersten Werkstücks Wl gerichtet ist. Die Vorschubrichtung des Laserstrahls 2 liegt hier senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 3b. Der Laserstrahl 2 schmilzt das Material des ersten Werkstücks Wl über dessen volle Dicke Dl und das Material des zweiten Werkstücks W2 bis knapp zur Hälfte seiner Dicke D2 auf (vgl. z.B. Fig. 2b zu den Bedingungen des erfindungsgemäßen Übergangsregimes). Das Aufschmelzen des Werkstückmaterials findet innerhalb der Kontaktzone 35 statt, die gleichzeitig einen Überlappungsbereich ÜB der Werkstücke Wl, W2 darstellt, in welchem die Werkstücke Wl, W2 überlappend aufeinander liegen.
Man beachte, dass die elastische Verformung der Werkstücke Wl, W2 bzw. die Kraft des Anpressens so stark gewählt ist, dass eine Kontaktbreite KOB der Kontaktzone 35 größer ist als die Breite B der Schweißnaht 4. Dadurch kann eine besonders hochwertige Schweißnaht 4 erhalten werden, vergleichbar der Qualität einer Verschweißung von zwei ebenen, aneinander liegenden Werkstücken (wie in Fig. la gezeigt). Die in Fig. 3b erhältliche Schweißnaht kann insbesondere gasdicht und mit einem niedrigen elektrischen Widerstand zwischen den Werkstücken Wl, W2 gefertigt werden.
Nach dem Laserschweißen und ausreichender Abkühlung der Werkstücke Wl, W2 wird die Presskraft wieder gelöst, und die Werkstücke Wl, W2 federn näherungsweise in den in Fig. 3a gezeigten, elastisch entspannten Zustand zurück. Sie bleiben aber über die Breite B miteinander mit guter Nahtqualität verschweißt.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Verschweißung insbesondere mit folgenden Parametern erfolgen:
- Werkstückdicken Dl = D2=75pm;
- Einschweißtiefe EST= 112,5 pm; - FD=KB=31,5 pm;
- KT=47,5 pm;
- SB=65,25 pm;
- B=162pm. Somit gilt somit gilt hier KT/KB=1,5 und KT=0,42*EST und TD=0,5*D2.
In einer anderen, bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Verschweißung insbesondere mit folgenden Parametern erfolgen:
- Werkstückdicken Dl = D2=75pm; - Einschweißtiefe EST= 112,5 pm;
- FD=KB=31,5 pm;
- KT=63 pm;
- SB=49,5 pm;
- B=130,5 pm. Somit gilt somit gilt hier KT/KB=2,0 und KT=0,56*EST und TD=0,5*D2.
Bezuoszeichenliste
1 Dampfkapillare
2 Laserstrahl
3 Werkstückoberfläche
4 Schweißnaht
5 Schmelzbad
30 Kontaktlinie
31 Außenseite (erstes Werkstück)
32 Außenseite (zweites Werkstück)
33 Leerraum
34 Pressrichtung
35 Kontaktzone
B Breite der Schweißnaht
Dl Dicke erstes Werkstück
D2 Dicke zweites Werkstück
EST Einschweißtiefe
FD (maximaler) Fokusdurchmesser
FDL (größter) Fokusdurchmesser in Vorschubrichtung
FDQ (größter) Fokusdurchmesser in Querrichtung
KB Kapillarbreite
KOB Kontaktbreite
KT Kapillartiefe
QR Querrichtung
SB Schmelzbreite
SB* Schmelzbreite (gemessen mittig unter der Dampfkapillare)
SB**Schmelzbreite (gemessen an der Werkstückoberfläche)
TD Teildicke
ÜB Überlappungsbereich
VLR Verlaufsrichtung der Schweißnaht
VR Vorschubrichtung
W1 erstes Werkstück
W2 zweites Werkstück

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Laserschweißen zweier Werkstücke (Wl, W2) entlang einer Schweißnaht (4), wobei zumindest in einem Überlappbereich (ÜB) ein erstes Werkstück
(Wl) mit einer Dicke Dl und ein zweites Werkstück (W2) mit einer Dicke D2 überlappend aufeinander angeordnet werden, wobei die Dicken Dl, D2 der beiden Werkstücke (Wl, W2) jeweils 400 pm oder weniger betragen, wobei im Überlappbereich (ÜB) mit einem entlang der Schweißnaht (4) geführten Laserstrahl (2) von der Seite des ersten Werkstücks (Wl) das Material des ersten Werkstücks (Wl) über seine gesamte Dicke Dl und das Material des zweiten Werkstücks (W2) über lediglich eine Teildicke TD seiner gesamten Dicke D2 aufgeschmolzen werden, und wobei das Laserschweißen so ausgeführt wird, dass der Laserstrahl
(2) eine Dampfkapillare (1) erzeugt, die sich bis zu einer Kapillartiefe KT in das erste Werkstück (Wl) oder in das erste und zweite Werkstück (Wl, W2) hinein erstreckt, wobei gilt 0,33*EST < KT < 0,67*EST, mit Einschweißtiefe EST=D1+TD.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gilt 0,40*EST < KT < 0,60*EST, bevorzugt 0,45*EST< KT < 0,55*EST.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gilt
0,25*D2 < TD < 0,75*D2, bevorzugt 0,33*D2 < TD < 0,67*D2, besonders bevorzugt 0,40*D2 < TD < 0,60*D2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass das Laserschweißen so geführt wird, dass für eine Breite KB der Dampfkapillare (1) an einer dem Laserstrahl (2) zugewandter Oberfläche (3) des ersten Werkstücks (Wl), gemessen quer zu einer Verlaufsrichtung (VLR) der Schweißnaht (4), gilt:
0,50 < KT/KB < 2,00, bevorzugt 0,75 < KT/KB < 1,50, insbesondere wobei für einen Fokusdurchmesser FDQ des Laserstrahls (2) quer zu einer Vorschubrichtung (VR) des Laserstrahls (2) und einen Fokusdurchmesser FDL des Laserstrahls (2) entlang der Vorschubrichtung (VR), jeweils gemessen in der Ebene der dem Laserstrahls (2) zugewandten Oberfläche (3) des ersten Werkstücks (Wl), gilt: 0,8 < FDQ/FDL < 1,2, bevorzugt 0,9 < FDQ/FDL < 1,1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (2) eine mittlere Wellenlänge X aufweist, mit X < 1200 nm, bevorzugt wobei a) 900 nm < X < 1100 nm, insbesondere X=1030 nm oder 1064 nm oder 1070 nm, oder b) 500 nm < X < 600 nm, insbesondere X=515 nm, oder c) 400 nm < X < 500 nm, insbesondere X=450 nm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (2) eine mittlere Laserleistung P aufweist, mit
60 W < P < 1200 W, bevorzugt 100 W < P < 500 W. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (2) in der Ebene der dem Laserstrahl (2) zugewandten Oberfläche (3) des ersten Werkstücks (Wl) einen Fokus- durchmesser FD aufweist, mit
10 pm < FD < 100 |jm, bevorzugt 14 pm < FD < 60 pm, besonders bevorzugt 25 pm < FD < 39 pm.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass für eine Breite B des aufgeschmolzenen Materials des ersten Werkstücks (Wl) an dessen dem Laserstrahl (2) zugewandter Oberfläche (3), gemessen quer zu einer Verlaufsrichtung (VLR.) der Schweißnaht (4), gilt:
60 pm < B < 600 pm, bevorzugt 80 pm < B < 400 pm, besonders bevorzugt 100 pm < B < 200 pm.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gilt:
Dl < 250 pm und D2 < 250 pm, bevorzugt wobei 50 pm < Dl < 200 pm und 50 pm < D2 < 200 pm, besonders bevorzugt 75 pm < Dl < 100 pm und 75 pm < D2 < 100 pm.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gilt:
50 pm < EST < 600 pm, bevorzugt 60 pm < EST < 400 pm, besonders bevorzugt 75 pm < EST < 225 pm.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (2) mit einer Vorschubgeschwindigkeit v relativ zu den Werkstücken (Wl, W2) bewegt wird, mit v > 5 m/min, bevorzugt v > 10 m/min, insbesondere wobei der Laserstrahl (2) mit einem Laserscanner abgelenkt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Werkstücke (Wl, W2) als gekrümmte Bleche ausgebildet sind, die während des Laserschweißens mit konvex gekrümmten Außenseiten (31, 32) aufeinander gepresst werden, so dass die Bleche in einer Kontaktzone (35) durch elastische Verformung näherungsweise planparallel ausgerichtet sind und aneinander anliegen, wobei der Laserstrahl (2) die beiden Bleche im Bereich dieser Kontaktzone (35) entlang der Schweißnaht (4) verschweißt, insbesondere wobei die beiden gekrümmten Bleche aus Stahl gefertigt sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Werkstücke (Wl, W2) als flexible Metallfolien ausgebildet sind. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verschweißen von durch die beiden Werkstücke (Wl, W2) ausgebildeten elektrischen Leitern und/oder Gasabdichtungen. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Werkstücke (Wl, W2) Bipolarplatten einer Brennstoffzelle sind.
PCT/EP2021/077776 2020-10-29 2021-10-07 Verfahren zum laserschweissen zweier dünner werkstücke in einem überlappungsbereich Ceased WO2022089912A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023525065A JP2023547627A (ja) 2020-10-29 2021-10-07 重なり領域において２つの薄肉のワークピースをレーザ溶接するための方法
KR1020237017867A KR102943014B1 (ko) 2020-10-29 2021-10-07 중첩되는 영역에서 두 개의 얇은 공작물을 레이저 용접하는 방법
US18/302,008 US20230256540A1 (en) 2020-10-29 2023-04-18 Method for laser welding two thin workpieces in a region of overlap

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020128464.0A DE102020128464A1 (de) 2020-10-29 2020-10-29 Verfahren zum Laserschweißen zweier dünner Werkstücke in einem Überlappungsbereich
DE102020128464.0 2020-10-29

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/302,008 Continuation US20230256540A1 (en) 2020-10-29 2023-04-18 Method for laser welding two thin workpieces in a region of overlap

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022089912A1 true WO2022089912A1 (de) 2022-05-05

Family

ID=78134946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/077776 Ceased WO2022089912A1 (de) 2020-10-29 2021-10-07 Verfahren zum laserschweissen zweier dünner werkstücke in einem überlappungsbereich

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230256540A1 (de)
JP (1) JP2023547627A (de)
KR (1) KR102943014B1 (de)
DE (1) DE102020128464A1 (de)
WO (1) WO2022089912A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180045232A1 (en) * 2015-02-09 2018-02-15 Spi Lasers Uk Limited A Weld
US20190224781A1 (en) * 2016-10-20 2019-07-25 GM Global Technology Operations LLC Laser welding of overlapping metal workpieces assisted by oscillating laser beam focal position

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10221951B4 (de) * 2002-05-13 2004-04-22 Reinz-Dichtungs-Gmbh & Co. Kg Bipolarplatte und Verfahren zu deren Herstellung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US7154064B2 (en) * 2003-12-08 2006-12-26 General Motors Corporation Method of improving weld quality
JP6411013B2 (ja) * 2013-06-14 2018-10-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 レーザ溶接方法および燃料噴射弁の製造方法
WO2016172976A1 (en) 2015-04-30 2016-11-03 GM Global Technology Operations LLC Hot cracking reduction in aluminum laser welding
US10195689B2 (en) * 2016-07-11 2019-02-05 GM Global Technology Operations LLC Laser welding of overlapping metal workpieces assisted by varying laser beam parameters
JP6978996B2 (ja) * 2018-09-06 2021-12-08 本田技研工業株式会社 接合セパレータの製造方法及び製造装置
KR20210106566A (ko) 2018-12-30 2021-08-30 누부루 인크. 청색 레이저를 사용하여 구리 및 기타 금속을 용접하는 방법 및 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180045232A1 (en) * 2015-02-09 2018-02-15 Spi Lasers Uk Limited A Weld
US20190224781A1 (en) * 2016-10-20 2019-07-25 GM Global Technology Operations LLC Laser welding of overlapping metal workpieces assisted by oscillating laser beam focal position

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023547627A (ja) 2023-11-13
KR20230092010A (ko) 2023-06-23
DE102020128464A1 (de) 2022-05-05
KR102943014B1 (ko) 2026-03-23
US20230256540A1 (en) 2023-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2509742B1 (de) VERFAHREN ZUM VERSCHWEIßEN VON ZWEI METALLBAUTEILEN
DE69628646T2 (de) Verfahren zum schweissen unter verwendung eines die höhe geschwindigkeit und die höhe leistung benützenden energiebündels
EP2160266B1 (de) Verfahren zum Verbinden dickwandiger metallischer Werkstücke mittels Schweissen
EP3429795B1 (de) Laserschweissen von stahl mit leistungsmodulation zur heissrissvermeidung
DD268649A5 (de) Vorrichtung und verfahren zum fuegen mit laserstrahlung
WO2021074419A1 (de) Laserschweissverfahren für eckverbindungen von werkstückteilen
WO2009155910A1 (de) Verfahren zum exzentrischen ausrichten eines laserschneidstrahls zu einer düsenachse und zum schrägschneiden; entsprechende laserbearbeitungskopf und laserbearbeitungsmaschine
DE102011089146A1 (de) Laser-Überlappschweißverfahren
EP1005944A2 (de) Laserstrahl-Schweissverfahren für Überlappnähte an beschichteten Blechen
WO2017042116A1 (de) VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER SCHWEIßVERBINDUNG IN EINEM FÜGESPALT UND PROZESSBEOBACHTUNGSVORRICHTUNG
DE10037109C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Schweißnahtglättung beim Strahlschweißen
WO2015172797A1 (de) Fügeverfahren und -vorrichtung zum verbinden von zwei metallbauteilen, insbesondere einem stahlbauteil mit einem aluminiumbauteil; entsprechendes verbundbauteil
DE102016222402A1 (de) Verfahren zum Verschweißen von Bauteilen mittels Laserstrahlung und Verwendung des Verfahrens
DE102012015766A1 (de) Verfahren zum Verschweißen zweier Bauteile miteinander
WO2022089912A1 (de) Verfahren zum laserschweissen zweier dünner werkstücke in einem überlappungsbereich
DE10131883B4 (de) Verfahren zum Verschweißen von Metallbauteilen
DE102004005358B4 (de) Verfahren zur Laserbearbeitung beschichteter Bleche und beschichtetes Blech
EP1350590A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Strahlschweissen mit Hilfe mindestens eines Warmenstrahls und eines Zusatzwerkstoffes
EP3600755B1 (de) Verfahren zum stirnseitigen laserschweissen
WO2021175555A1 (de) Verfahren zum laserschweissen zweier beschichteter werkstücke
WO2022200301A1 (de) Verfahren zum laserschweissen
DE102011118278A1 (de) Laserschweißverfahren
WO2025103796A1 (de) SCHWEIßVERFAHREN MIT SCHWINGUNGSERFASSUNG UND SCHWEIßWERKZEUG HIERFÜR
DE19950437A1 (de) Schweißverbindung sowie Verfahren zum Schweißen von Werkstücken
DE102016208701B4 (de) Verfahren zur mechanischen Befestigung eines Verbindungsmittels, Verbindungssystem und Kraftfahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21790826

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023525065

Country of ref document: JP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237017867

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21790826

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1