WO2023061782A1 - Laser welding method - Google Patents

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WO2023061782A1
WO2023061782A1 PCT/EP2022/077364 EP2022077364W WO2023061782A1 WO 2023061782 A1 WO2023061782 A1 WO 2023061782A1 EP 2022077364 W EP2022077364 W EP 2022077364W WO 2023061782 A1 WO2023061782 A1 WO 2023061782A1
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laser beam
laser
weld seam
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Oliver BOCKSROCKER
Nicolai Speker
Tim Hesse
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Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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    • G02B6/06Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images

Definitions

  • the invention relates to a method for laser welding two components, with a pulsed laser beam being directed onto a surface of one of the components, so that the material of the components is melted in the area of a weld seam to be created.
  • the pulse durations used in so-called “stiching” are in the nanosecond range.
  • Laser beams with a Gaussian or Tophat-like intensity profile are often used for this purpose.
  • the high intensity in the center of these laser beams causes significant evaporation of material from the weld pool. This leads to turbulence in the weld pool Ultimately, this increases the susceptibility to errors in the welding process.
  • a method for laser welding two components is provided.
  • the components are typically metal sheets or foils.
  • a foil can be welded to a metal sheet.
  • a thickness of the components can be less than 3 mm, in particular less than 2 mm.
  • the components can have the same thickness or different thicknesses.
  • the components are preferably each made of a metallic material.
  • the components can be made of similar materials, i. H. an alloy with the same main alloying element.
  • the main alloying element can be iron, copper or aluminum, for example.
  • the components can consist of the same material. In special cases, more than two, for example three or four, components can be welded together.
  • the components overlap each other over a large area. Due to the surface overlapping of the components, the flat sides of the adjoining ones become flat components arranged together. In particular, there can be an overlap joint or a parallel joint.
  • the weld seam penetrates at least a first of the components and extends into the second component and possibly further components, so that the components are connected to one another.
  • a pulsed laser beam is directed onto a surface of one of the components (also referred to as the first component).
  • the material of the components is melted in the area of a weld seam to be created.
  • the melting of the material below the surface, in particular the material of the second component takes place primarily through thermal conduction. In other words, it is a heat conduction welding process.
  • the laser beam has an intensity profile that has a ring-shaped intensity maximum and a local intensity minimum in its center.
  • the intensity of the laser beam initially increases radially outwards, starting from the center. From the ring-shaped intensity maximum, the intensity drops further outwards until the outer edge of the laser beam is reached.
  • the intensity can be constant or variable in the circumferential direction. In other words, the ring-shaped intensity maximum can be described by the entirety of the respective local intensity maximums of all radial directions.
  • the intensity is at least 10%, preferably at least 20%, particularly preferably at least 30%, very particularly preferably at least 40% less than in the intensity maximum. If the intensity of the ring-shaped intensity maximum changes in the circumferential direction, a minimum intensity in the area of the intensity maximum can be used for comparison. An, in particular arithmetic, mean value over the intensities or the median of the intensities along the ring-shaped intensity maximum is preferably used for the comparison. Furthermore, according to the invention, a depth of the weld seam produced is at most as great as a width of the weld seam. In other words, the aspect ratio of depth to width of the weld seam is at most 1:1.
  • the depth of the weld seam is preferably at most two thirds, particularly preferably at most half of the width of the weld seam.
  • the depth of the weld seam can be a maximum of 3 mm, in particular a maximum of 2 mm.
  • the weld seam preferably does not reach as far as an end surface of the second component that is remote from the surface of the first component on which the laser beam impinges.
  • the evaporation of material in the middle of the weld pool can be avoided or at least reduced. Movements, in particular turbulent flows, in the weld pool can be avoided or at least reduced. As a result, a particularly uniform melting can be achieved and consequently a particularly uniform weld seam can be obtained.
  • the depth of the weld seam can be set particularly precisely and, in particular, changes only extremely slightly along the direction in which the weld seam extends (in the feed direction).
  • the large width and precisely adjusted depth of the weld seam allows precise mixing of the materials of the two components.
  • the quality, in particular the mechanical strength or electrical conductivity, of the weld seam is further improved as a result.
  • a gradient of the intensity profile from the intensity maximum radially outward is particularly preferably greater in terms of absolute value than from the intensity maximum radially inward, in particular by at least 10%, preferably by at least 25%.
  • the intensity drops more sharply radially outward from the intensity maximum than radially inward toward the intensity minimum.
  • the size or extent of the melted area can be set particularly precisely. Even with different surface qualities, the desired size or extent of the weld pool or weld seam can be obtained very precisely.
  • the maximum intensity can be between 80% and 90%, in particular around 86%, of the diameter of the laser beam.
  • the gradients are basically determined at the same radial distance from the intensity maximum.
  • the components can be made of different materials.
  • the components can consist of dissimilar materials with different main alloying elements.
  • the main alloying elements can be iron, copper or aluminium, for example.
  • the method according to the invention makes it possible to weld such different materials efficiently and with high quality.
  • the method according to the invention reduces the formation of intermetallic or brittle phases. As a result, the weld seam produced has high strength, high ductility and low electrical resistance.
  • a cross-section of the weld may have the shape of a plano-convex lens.
  • the weld seam is preferably delimited, facing away from the surface, by a convexly curved arc, which in particular can be elliptical, preferably round.
  • the cross section of the weld seam corresponds to a section of an oval, preferably an ellipse, particularly preferably a circle.
  • the weld seam is thus rounded at its lower end in the depth direction.
  • a pulse duration of a pulse of the laser beam can be at least 10 ps, preferably at least 20 ps. In this way it can be achieved that the material of the components is melted on a sufficiently large area.
  • the pulse duration can be at most 1 s, preferably at most 0.5 s. This reduces the heat input into the components.
  • short interaction times with the laser beam can promote needs-based mixing in the weld pool. Particularly in the case of components of dissimilar materials, this can additionally reduce the formation of brittle phases.
  • a pulse energy of a pulse of the laser beam can be at least 100 mJ, preferably at least 200 mJ. This enables large areas to be melted. As a result, a large connection area of the weld seam can be achieved. In addition, this can help to obtain the desired depth-to-width aspect ratios of at most 1:1. Typically, all pulses have the same pulse energies. This simplifies the implementation of the method.
  • the intensity minimum of the laser beam can be present at least over the entire welding depth.
  • An intensity minimum that extends in the propagation direction of the laser beam and is located in the center of the intensity profile of the laser beam can be achieved, for example, by pinching the fiber guiding the laser beam, as described in WO 2019/150071.
  • the intensity minimum can be present at any position in the propagation direction of the laser beam.
  • the intensity minimum extended in the beam propagation direction increases the tolerances in the direction of the optical axis of the laser beam.
  • the laser beam can be formed with a plurality of partial beams, at least some of which are arranged along the ring-shaped intensity maximum.
  • the partial beams are arranged azimuthally along the intensity maximum. This increases flexibility when shaping the laser beam or intensity profile. At least one further partial beam of the laser beam can be arranged in the area of the central intensity minimum.
  • the partial beams are preferably generated by laser light sources that are independent of one another. As a result, the configuration of the intensity profile can be further refined. At least two of the partial beams can have different laser powers. In particular, it can be provided that the laser powers of the partial beams are changed independently of one another. As a result, for example, a greater intensity can be set at the front in the direction of advance and this intensity profile can be retained in a simple manner when the direction of advance changes.
  • the laser light sources may include a fiber laser.
  • the laser beam is emitted by a laser light source which has an active laser fiber whose mode field can be changed by introducing mechanical stress.
  • the mode order can be adjusted by changing the mechanical load on the active laser fiber. No optical elements need to be exchanged for this. This allows the intensity profile to be easily adapted to different materials to be welded.
  • the laser light source can include a disk laser.
  • the laser beam may be emitted by a laser fiber having a core fiber and a ring fiber.
  • Laser light from different laser light sources is preferably introduced into the core fiber and into the ring fiber.
  • the beam parameter product of the laser beam can be at least 0.38 mm*mrad.
  • the beam parameter product of the laser beam can be at most 100 mm*mrad, preferably at most 32 mm*mrad, in particular in the case of a laser light source with a changeable mode field.
  • the beam parameter product in particular when using a laser fiber with a core fiber and a ring fiber or when the laser beam is formed by several partial beams, can be at most 0.6 mm*mrad.
  • the beam diameter of the laser beam can be at least 10 ⁇ m and/or at most 1200 ⁇ m on the surface of the first component.
  • the beam diameter on the surface can be at least 30 ⁇ m and/or at most 300 ⁇ m, preferably at most 70 ⁇ m, particularly when using a laser fiber with a core fiber and a ring fiber or when the laser beam is formed by several partial beams.
  • the beam diameter on the surface in particular in the case of a laser light source with a changeable mode field, can be at least 50 ⁇ m.
  • the fluence of the laser beam can be at most 1000 J/mm 2 , in particular at most 300 J/mm 2 .
  • the intensity of the laser beam can be at most 20 kW/mm 2 , in particular at most 10 kW/mm 2 .
  • the aforementioned maximum values relate in particular to a preferably arithmetic averaging over the cross section of the laser beam.
  • a wavelength of the laser beam can be at least 800 nm and/or at most 1200 nm.
  • the laser beam can be an infrared laser beam.
  • the wavelength can be 1030 nm or 1070 nm.
  • the wavelength of the laser beam can be in the visible light range.
  • the wavelength can be at least 400 nm and/or at most 450 nm; the laser beam can therefore be blue.
  • the wavelength can be 515 nm; the laser beam can therefore be green.
  • An average laser power of the laser beam can be at least 10 W, in particular at least 50 W, and/or at most 2000 W, in particular at most 700 W, in particular with arithmetic averaging over time.
  • a pulse peak power of the individual laser pulses can be at least 100 W, in particular at least 500 W, and/or at most 20 kW, in particular at most 7 kW.
  • a pulse frequency can be at least 25 Hz, in particular at least 250 Hz, and/or at most 8 kHz, in particular at most 800 Hz.
  • a feed rate can be at least 10 mm/s, in particular at least 100 mm/s, and/or at most 5 m/s, in particular at most 2 m/s.
  • the laser beam used for welding can be emitted by a laser light source which has scanner optics.
  • the laser beam can be emitted from a laser light source with flying focusing optics.
  • the scanner optics or focusing optics can have an imaging ratio of at least 1:1, preferably at least 1.5:1, and/or at most 5:1, preferably at most 2:1.
  • the imaging ratio indicates the enlargement of the beam diameter through the optics.
  • the depth of the weld seam can be at least 1.5 times, preferably at least twice, particularly preferably at least three times the thickness of that component on whose surface the laser beam impinges. In this way it can be achieved that the weld seam has a sufficiently large width in the contact area of the components, so that in other words the connection cross section is formed in the desired size.
  • a cross section through the laser beam has the same extent in two mutually perpendicular directions. This simplifies the control of the welding process.
  • the intensity maximum is particularly preferably in the form of a circular ring. This allows welding in any direction with identical properties.
  • the annular intensity maximum can be polygonal.
  • a polygonal design of the intensity maximum is particularly useful when the laser beam consists of several partial beams.
  • the polygonal intensity minimum has at least three, preferably at least four, corners.
  • the polygonal intensity minimum can have six, eight or twelve corners.
  • a circular shape can be approximated in this way
  • FIG. 1 shows a schematic sectional representation of the welding of two components using a method according to the invention, a laser beam being emitted by a laser light source with an active laser fiber whose mode field can be changed by mechanical loading;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the intensity profile of the laser beam in the welding method of FIG. 1 with a first ring mode
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the intensity profile of the laser beam in the welding method of FIG. 1 with a different ring mode
  • FIG. 4 shows a laser light source, which emits a laser beam from a core fiber and a ring fiber, for a welding method according to the invention, in a schematic sectional representation
  • FIG. 5 shows a schematic cross section through a laser beam composed of several partial beams for a welding method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a snapshot of the welding of a first component 10 to a second component 12.
  • flat sides of the two components 10, 12 are arranged adjacent to one another, so that the two components 10, 12 overlap one another over an area.
  • the two components 10, 12 each consist of a metallic material.
  • the components 10, 12 consist of dissimilar materials; for example, the first component 10 can be made of an aluminum alloy and the second component 12 can be made of a copper alloy.
  • the two components can have different thicknesses.
  • a thickness 14 of the first component 10 can be 0.15 mm, for example.
  • a thickness 16 of the second component 12 can be 0.3 mm, for example.
  • a pulsed laser beam 18 is directed onto a free surface 20 of the first component 10 .
  • a pulse duration of the laser beam 18 can be 100 ps.
  • a pulse energy of a pulse of the laser beam 18 can be 500 mJ.
  • a wavelength of the laser beam 18 can be 1030 nm.
  • a beam diameter 22 of the laser beam 18 at the point of impact on the surface 20 can be 850 ⁇ m.
  • the material of the components 10, 12 is melted by the heat introduced by the laser beam 18 in the area of the weld seam 23 to be created.
  • the laser beam 18 is emitted by a laser light source 24 with an active laser fiber 26 .
  • the mode field of the laser beam 18 can be changed by changing the mechanical load on the active laser fiber 26 .
  • the laser light source 24 can have an actuator 28 .
  • a ring mode is activated by suitably loading the laser fiber 26.
  • the intensity distribution of the laser beam 18 at the point of impact on the surface 20 is shown in FIG.
  • a grayscale representation of the intensities in the cross section of the laser beam 18 is shown at the bottom left.
  • the profiles of the intensities I are plotted in cross sections along the X-axis and Y-axis through the laser beam 18 at the top left and bottom right.
  • the laser beam 18 has an intensity maximum 30 in the form of a circular ring, which surrounds a local intensity minimum 32 in the center of the laser beam 18 .
  • the intensity can have certain fluctuations in the azimuthal direction along the intensity maximum 30 .
  • the intensity In the central intensity minimum 32, the intensity here is about half as large as the median of the intensities in the intensity maximum 30. From the intensity maximum 32 radially outwards, the intensity falls faster than radially inwards. This will make the Laser beam 18 sharply delimited radially outwards. In contrast, the intensity decreases more slowly towards the intensity minimum 32 .
  • the pulse peak power can be 1581 W.
  • Average laser power can be 454W.
  • the pulse frequency can be 250 Hz.
  • the pulse duration can be 1150 ps.
  • the pulse energy can be 1.8J.
  • the feed speed can be 1.5 m/min.
  • FIG. 3 shows the intensity distribution of the laser beam 18 when the components 10, 12 are welded when another ring mode is activated. In this ring mode, the intensity fluctuates less in the azimuthal direction along the circular intensity maximum 30 than in FIG.
  • the peak pulse power can be 1635 W.
  • Average laser power can be 470W.
  • the pulse frequency can be 250 Hz.
  • the pulse duration can be 1150 ps.
  • the pulse energy can be 1.8J.
  • the feed speed can be 1.5 m/min.
  • the weld seam is created in such a way that a depth 34 of the weld seam 23 (measured in the direction of propagation of the laser beam 18) is smaller than a width 36 of the weld seam 23 (measured perpendicularly to the direction of propagation of the laser beam 18), see Figure 1.
  • the Depth 34 approximately one third of the width 36.
  • the depth 34 of the weld seam 22 can be 0.3 mm, for example.
  • the weld seam 23 On its side facing away from the surface 20, ie toward the second component 12, the weld seam 23 is formed by a convex arc 38, here bounded by an arc of a circle.
  • the cross section of the weld seam 23 therefore has the shape of a plano-convex lens or a segment of a circle.
  • the weld seam 23 does not extend completely through the second component 12 . In particular, the weld seam 23 does not extend to an end face 39 of the second component 12 which faces away from the first component 10 .
  • FIG. 4 shows a laser light source arrangement 40 which can be used in place of the laser light source 24 of FIG. 1 for welding the components 10, 12.
  • the laser light source arrangement 40 has a laser fiber 42 with a core fiber 44 and a ring fiber 46 .
  • the ring fiber 46 surrounds the core fiber 44.
  • a laser beam 18 is formed in its center by laser light exiting from the core fiber 44 and in its radially outer region by laser light exiting from the ring fiber 46.
  • Laser light from separate laser light sources 48, 50 is fed into the core fiber 44 and the ring fiber 46.
  • Appropriate activation of the laser light sources 48, 50 ensures that the intensity of the laser beam 18 is lower in the center than in a ring-shaped area surrounding the center.
  • the laser light emerging from the ring fiber 46 generates an annular maximum intensity which encloses a central intensity minimum which is essentially generated by the laser light emerging from the core fiber 44 .
  • FIG. 5 shows a cross section through a laser beam 18 which is formed from a plurality of partial beams 52, 54.
  • the partial beams 52 form an annular intensity maximum.
  • the partial beams 52 are arranged on corner points of a polygon, here a hexagon.
  • the partial beam 54 is provided for controlling the intensity of a central intensity minimum. If a particularly low intensity is desired in the center, the partial beam 54 can also be omitted. It is understood that more or fewer than six sub-beams 52 can be used. Likewise, several partial beams 54 could be used in the center. Further ring-shaped layers of partial beams could also be provided (not shown in more detail).
  • the partial beams 52, 54 can each be emitted from separate laser light sources.
  • the intensities of the partial beams 52 can be set independently of the intensity of the partial beam 54 and, if necessary, changed during welding.
  • the different intensities of the partial beams 52 can be changed depending on a feed direction and/or feed speed.
  • the invention relates to methods for laser welding, in which a laser beam has a lower intensity in its center than in an annular area that surrounds the center.
  • the laser beam is directed onto a first component to be welded.
  • the material of the first and a second component (located behind the first component in the beam propagation direction) is melted by thermal conduction.
  • the intensity profile with the central intensity minimum and the annular intensity maximum reduces the evaporation of material from the weld pool as well as movements in the weld pool.
  • the welding takes place in such a way that the depth of the weld seam is at most as great as the width of the weld seam. Facing away from a free surface, a cross section of the weld seam is preferably delimited by a uniformly curved arc.
  • Laser light source 24 active laser fiber 26
  • Laser light sources 48, 50 are laser light sources 48, 50.

Abstract

The invention relates to a method for laser welding two, preferably metal, components (19, 12), wherein a pulsed laser beam (18) is directed onto a surface (20) of one of the components (10) such that the material of the components (10, 12) is melted in the area of a weld seam (23) to be produced, wherein the laser beam (18) has an intensity profile that has an annular intensity maximum and a local intensity minimum in its centre, wherein the intensity in the intensity minimum is at least 10% smaller than in the intensity maximum (30), and wherein a depth (34) of the produced weld seam (23) is at most as large as a width (36) of the weld seam.

Description

Laserschweißverfahren laser welding process
Hintergrund der Erfindung Background of the Invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschweißen zweier Bauteile, wobei ein gepulster Laserstrahl auf eine Oberfläche des einen der Bauteile gerichtet wird, sodass das Material der Bauteile im Bereich einer zu erstellenden Schweißnaht aufgeschmolzen wird. The invention relates to a method for laser welding two components, with a pulsed laser beam being directed onto a surface of one of the components, so that the material of the components is melted in the area of a weld seam to be created.
Solche Verfahren sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Die Schweißnaht durchdringt dabei das eine der Bauteile und reicht in das andere Bauteil hinein, sodass die Bauteile miteinander verbunden werden. Such methods are known in principle from the prior art. The weld seam penetrates one of the components and extends into the other component, so that the components are connected to one another.
Die angewandten Pulsdauern liegen beim sogenannten „stiching" im Nanosekundenbereich. Oft werden hierzu Laserstrahlen mit einem gaussförmigen oder Tophat-ähnlichen Intensitätsprofil verwendet. Durch die hohe Intensität im Zentrum dieser Laserstrahlen wird jedoch eine erhebliche Verdampfung von Material aus dem Schweißbad hervorgerufen. Dies führt zu Turbulenzen im Schweißbad. Letztendlich erhöht dies die Fehleranfälligkeit des Schweißvorgangs. The pulse durations used in so-called "stiching" are in the nanosecond range. Laser beams with a Gaussian or Tophat-like intensity profile are often used for this purpose. However, the high intensity in the center of these laser beams causes significant evaporation of material from the weld pool. This leads to turbulence in the weld pool Ultimately, this increases the susceptibility to errors in the welding process.
Die vorgenannten Probleme stellen sich bei Schweißverfahren mit kontinuierlichen oder guasikontinuierlichen Laserstrahlen ebenso. Bei aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannten Tiefschweißverfahren ist die Tiefe der erzeugten Schweißnaht wesentlich größer als deren Breite. Dadurch weist eine einzelne Schweißnaht nur einen geringen Anbindungsquerschnitt auf. Um die gewünschte mechanische Festigkeit oder elektrische Leitfähigkeit zu erreichen, werden daher typischerweise mehrere Schweißnähte neben einander gelegt. Dies verlängert die Fertigungszeit und erhöht die Herstellkosten. The aforementioned problems also arise in welding processes with continuous or quasi-continuous laser beams. In the case of deep-penetration welding processes, which are fundamentally known from the prior art, the depth of the weld seam produced is significantly greater than its width. As a result, a single weld seam has only a small connection cross-section. In order to achieve the desired mechanical strength or electrical conductivity, several weld seams are typically placed next to one another. This lengthens the manufacturing time and increases the manufacturing costs.
Aufgabe der Erfindung object of the invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit welchem Bauteile rationell und in hoher Qualität verschweißt werden können. It is an object of the invention to specify a method with which components can be welded efficiently and with high quality.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. In den Unteransprüchen und der Beschreibung sind vorteilhafte Varianten angegeben. This object is achieved according to the invention by a method according to claim 1. Advantageous variants are specified in the subclaims and the description.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Laserschweißen zweier Bauteile vorgesehen. Die Bauteile sind typischerweise Bleche oder Folien. Insbesondere kann eine Folie mit einem Blech verschweißt werden. Eine Dicke der Bauteile kann weniger als 3 mm, insbesondere weniger als 2 mm, betragen. Die Bauteile können gleich oder unterschiedlich dick sein. Die Bauteile bestehen vorzugsweise jeweils aus einem metallischen Material. Die Bauteile können aus artgleichen Materialien, d. h. einer Legierung mit demselben Hauptlegierungselement, bestehen. Das Hauptlegierungselement kann beispielsweise Eisen, Kupfer oder Aluminium sein. Insbesondere können die Bauteile aus demselben Material bestehen. In Sonderfällen können mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier, Bauteile miteinander verschweißt werden. According to the invention, a method for laser welding two components is provided. The components are typically metal sheets or foils. In particular, a foil can be welded to a metal sheet. A thickness of the components can be less than 3 mm, in particular less than 2 mm. The components can have the same thickness or different thicknesses. The components are preferably each made of a metallic material. The components can be made of similar materials, i. H. an alloy with the same main alloying element. The main alloying element can be iron, copper or aluminum, for example. In particular, the components can consist of the same material. In special cases, more than two, for example three or four, components can be welded together.
Typischerweise überlappen die Bauteile einander flächig. Durch die flächige Überlappung der Bauteile werden Flachseiten der aneinander angrenzenden Bauteile aneinander angeordnet. Insbesondere kann ein Überlappstoß oder ein Parallelstoß vorliegen. Die Schweißnaht durchdringt zumindest ein erstes der Bauteile und reicht in das zweite Bauteil und ggf. weitere Bauteile hinein, sodass die Bauteile miteinander verbunden werden. Typically, the components overlap each other over a large area. Due to the surface overlapping of the components, the flat sides of the adjoining ones become flat components arranged together. In particular, there can be an overlap joint or a parallel joint. The weld seam penetrates at least a first of the components and extends into the second component and possibly further components, so that the components are connected to one another.
Zum Verschweißen der Bauteile wird ein gepulster Laserstrahl auf eine Oberfläche des einen der Bauteile (auch als erstes Bauteil bezeichnet) gerichtet wird. Dadurch wird das Material der Bauteile im Bereich einer zu erstellenden Schweißnaht aufgeschmolzen. Das Aufschmelzen des Materials unterhalb der Oberfläche, insbesondere des Materials des zweiten Bauteils, erfolgt vorrangig durch Wärmeleitung. Es handelt sich mit anderen Worten um ein Verfahren des Wärmeleitungsschweißens. To weld the components, a pulsed laser beam is directed onto a surface of one of the components (also referred to as the first component). As a result, the material of the components is melted in the area of a weld seam to be created. The melting of the material below the surface, in particular the material of the second component, takes place primarily through thermal conduction. In other words, it is a heat conduction welding process.
Erfindungsgemäß weist der Laserstrahl ein Intensitätsprofil auf, das ein ringförmiges Intensitätsmaximum und ein lokales Intensitätsminimum in seinem Zentrum besitzt. Mit anderen Worten nimmt die Intensität des Laserstrahls vom Zentrum ausgehend nach radial außen zunächst zu. Vom ringförmigen Intensitätsmaximum weiter nach außen fällt die Intensität ab, bis der äußere Rand des Laserstrahls erreicht ist. Im ringförmigen Intensitätsmaximum kann die Intensität in Umfangsrichtung konstant oder veränderlich sein. Das ringförmige Intensitätsmaximum kann mit anderen Worten durch die Gesamtheit der jeweiligen lokalen Intensitätsmaxima aller radialen Richtungen beschrieben werden. According to the invention, the laser beam has an intensity profile that has a ring-shaped intensity maximum and a local intensity minimum in its center. In other words, the intensity of the laser beam initially increases radially outwards, starting from the center. From the ring-shaped intensity maximum, the intensity drops further outwards until the outer edge of the laser beam is reached. In the ring-shaped intensity maximum, the intensity can be constant or variable in the circumferential direction. In other words, the ring-shaped intensity maximum can be described by the entirety of the respective local intensity maximums of all radial directions.
Die Intensität ist im Intensitätsminimum wenigstens 10 %, bevorzugt wenigstens 20 %, besonders bevorzugt wenigstens 30 %, ganz besonders bevorzugt wenigstens 40 % kleiner, als im Intensitätsmaximum. Sofern sich die Intensität des ringförmigen Intensitätsmaximums in Umfangsrichtung ändert, kann zum Vergleich eine minimale Intensität im Bereich des Intensitätsmaximums herangezogen werden. Vorzugsweise wird zum Vergleich ein, insbesondere arithmetischer, Mittelwert über die Intensitäten oder der Median der Intensitäten entlang des ringförmigen Intensitätsmaximums herangezogen. Weiter erfindungsgemäß ist eine Tiefe der erstellten Schweißnaht höchstens so groß ist wie eine Breite der Schweißnaht. Mit anderen Worten beträgt das Aspektverhältnis von Tiefe zu Breite der Schweißnaht höchstens 1 : 1. Bevorzugt beträgt die Tiefe der Schweißnaht höchstens zwei Drittel, besonders bevorzugt höchstens die Hälfte der Breite der Schweißnaht. Die Tiefe der Schweißnaht kann höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 2 mm, betragen. Die Schweißnaht reicht vorzugsweise nicht bis zu einer von der Oberfläche des ersten Bauteils, auf welche der Laserstrahl auftrifft, abgewandten Endfläche des zweiten Bauteils. In the intensity minimum, the intensity is at least 10%, preferably at least 20%, particularly preferably at least 30%, very particularly preferably at least 40% less than in the intensity maximum. If the intensity of the ring-shaped intensity maximum changes in the circumferential direction, a minimum intensity in the area of the intensity maximum can be used for comparison. An, in particular arithmetic, mean value over the intensities or the median of the intensities along the ring-shaped intensity maximum is preferably used for the comparison. Furthermore, according to the invention, a depth of the weld seam produced is at most as great as a width of the weld seam. In other words, the aspect ratio of depth to width of the weld seam is at most 1:1. The depth of the weld seam is preferably at most two thirds, particularly preferably at most half of the width of the weld seam. The depth of the weld seam can be a maximum of 3 mm, in particular a maximum of 2 mm. The weld seam preferably does not reach as far as an end surface of the second component that is remote from the surface of the first component on which the laser beam impinges.
Durch das Intensitätsminimum im Zentrum des Laserstrahls kann die Verdampfung von Material in der Mitte des Schweißbades vermieden oder zumindest verringert werden. Bewegungen, insbesondere turbulente Strömungen, im Schweißbad können dadurch vermieden oder zumindest verringert werden. Dadurch kann ein besonders gleichmäßiges Aufschmelzen erreicht und mithin eine besonders gleichmäßige Schweißnaht erhalten werden. Zudem kann dadurch erreicht werden, dass die Tiefe der Schweißnaht besonders präzise eingestellt werden kann und insbesondere entlang der Erstreckungsrichtung der Schweißnaht (in Vorschubrichtung) sich nur äußerst geringfügig verändert. Due to the minimum intensity in the center of the laser beam, the evaporation of material in the middle of the weld pool can be avoided or at least reduced. Movements, in particular turbulent flows, in the weld pool can be avoided or at least reduced. As a result, a particularly uniform melting can be achieved and consequently a particularly uniform weld seam can be obtained. In addition, it can be achieved that the depth of the weld seam can be set particularly precisely and, in particular, changes only extremely slightly along the direction in which the weld seam extends (in the feed direction).
Durch die große Breite der Schweißnaht wird ein großer Anbindungsquerschnitt erhalten. Dies erhöht die mechanische Belastbarkeit bzw. elektrische Leitfähigkeit der Schweißnaht. Die Anzahl der erforderlichen Schweißnähte kann dadurch reduziert werden. Dadurch reduziert sich die gesamte Prozesszeit zum Verbinden der Bauteile. Insbesondere wird auch die Wechselwirkungszeit mit dem Laserstrahl verringert, was für die Eigenschaften der Bauteile bzw. des Verbundes der Bauteile vorteilhaft sein kann. Due to the large width of the weld seam, a large connection cross section is obtained. This increases the mechanical strength and electrical conductivity of the weld seam. The number of weld seams required can be reduced as a result. This reduces the overall process time for connecting the components. In particular, the interaction time with the laser beam is also reduced, which can be advantageous for the properties of the components or the assembly of the components.
Ferner erlaubt die große Breite und exakt eingestellte Tiefe der Schweißnaht eine präzise Durchmischung der Materialien der beiden Bauteile. Die Qualität, insbesondere die mechanische Belastbarkeit bzw. elektrische Leitfähigkeit, der Schweißnaht wird dadurch weiter verbessert. Besonders bevorzugt ist ein Gradient des Intensitätsprofils vom Intensitätsmaximum nach radial außen betragsmäßig größer als vom Intensitätsmaximum nach radial innen, insbesondere um wenigstens 10 %, bevorzugt um wenigstens 25 %. Mit anderen Worten fällt die Intensität vom Intensitätsmaximum nach radial außen stärker ab als nach radial innen zum Intensitätsminimum hin. Dadurch kann die Größe bzw. Ausdehnung des aufgeschmolzenen Bereichs besonders genau eingestellt werden. Auch bei unterschiedlichen Oberflächenqualitäten kann die gewünschte Größe bzw. Ausdehnung des Schweißbades bzw. der Schweißnaht sehr genau erhalten werden. Das Intensitätsmaximum kann zwischen 80 % und 90 %, insbesondere bei ca. 86 %, des Durchmessers des Laserstrahls liegen. Zum Vergleich werden die Gradienten grundsätzlich im selben radialen Abstand vom Intensitätsmaximum bestimmt. Furthermore, the large width and precisely adjusted depth of the weld seam allows precise mixing of the materials of the two components. The quality, in particular the mechanical strength or electrical conductivity, of the weld seam is further improved as a result. A gradient of the intensity profile from the intensity maximum radially outward is particularly preferably greater in terms of absolute value than from the intensity maximum radially inward, in particular by at least 10%, preferably by at least 25%. In other words, the intensity drops more sharply radially outward from the intensity maximum than radially inward toward the intensity minimum. As a result, the size or extent of the melted area can be set particularly precisely. Even with different surface qualities, the desired size or extent of the weld pool or weld seam can be obtained very precisely. The maximum intensity can be between 80% and 90%, in particular around 86%, of the diameter of the laser beam. For comparison, the gradients are basically determined at the same radial distance from the intensity maximum.
Die Bauteile können aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Insbesondere können die Bauteile aus artungleichen Materialien mit unterschiedlichen Hauptlegierungselementen bestehen. Die Hauptlegierungselemente können beispielsweise Eisen, Kupfer oder Aluminium sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, derart verschiedene Materialien rationell und mit hoher Qualität zu verschweißen. Insbesondere verringert das erfindungsgemäße Verfahren das Entstehen intermetallischer bzw. spröder Phasen. Die erstellte Schweißnaht weist folglich eine hohe Festigkeit, hohe Duktilität und einen geringen elektrischen Widerstand auf. The components can be made of different materials. In particular, the components can consist of dissimilar materials with different main alloying elements. The main alloying elements can be iron, copper or aluminium, for example. The method according to the invention makes it possible to weld such different materials efficiently and with high quality. In particular, the method according to the invention reduces the formation of intermetallic or brittle phases. As a result, the weld seam produced has high strength, high ductility and low electrical resistance.
Ein Querschnitt der Schweißnaht kann die Form einer plankonvexen Linse aufweisen. Vorzugsweise ist die Schweißnaht von der Oberfläche abgewandt durch einen konvex gekrümmten Bogen begrenzt, der insbesondere elliptisch, bevorzugt rund sein kann. Mit anderen Worten entspricht der Querschnitt der Schweißnaht einem Abschnitt eines Ovals, bevorzugt einer Ellipse, besonders bevorzugt eines Kreises. Somit ist die Schweißnaht an ihrem in Tiefenrichtung unteren Ende verrundet. Die bedarfsgerechte Durchmischung der Fügepartner kann dadurch weiter verbessert werden. Insbesondere beim Verschweißen artungleicher Materialien kann durch diese Gestalt der Schweißnaht der entstehende Anteil spröder Phasen noch weiter verringert werden. A cross-section of the weld may have the shape of a plano-convex lens. The weld seam is preferably delimited, facing away from the surface, by a convexly curved arc, which in particular can be elliptical, preferably round. In other words, the cross section of the weld seam corresponds to a section of an oval, preferably an ellipse, particularly preferably a circle. The weld seam is thus rounded at its lower end in the depth direction. The need-based mixing of the joining partners can be further improved as a result. Especially when welding dissimilar items materials, the resulting proportion of brittle phases can be further reduced by this shape of the weld seam.
Eine Pulsdauer eines Pulses des Laserstrahls kann wenigstens 10 ps, bevorzugt wenigstens 20 ps, betragen. Derart kann erreicht werden, dass das Material der Bauteile auf einer hinreichend großen Fläche aufgeschmolzen wird. A pulse duration of a pulse of the laser beam can be at least 10 ps, preferably at least 20 ps. In this way it can be achieved that the material of the components is melted on a sufficiently large area.
Die Pulsdauer kann höchstens 1 s, bevorzugt höchstens 0,5 s betragen. Dies verringert den Wärmeeintrag in die Bauteile. Zudem können kurze Wechselwirkungszeiten mit dem Laserstrahl die bedarfsgerechte Durchmischung im Schweißbad begünstigen. Insbesondere bei artungleichen Materialien der Bauteile kann dadurch das entstehen spröder Phasen zusätzlich verringert werden. The pulse duration can be at most 1 s, preferably at most 0.5 s. This reduces the heat input into the components. In addition, short interaction times with the laser beam can promote needs-based mixing in the weld pool. Particularly in the case of components of dissimilar materials, this can additionally reduce the formation of brittle phases.
Typischerweise besitzen alle Pulse gleiche Pulsdauern. Dies vereinfacht die Durchführung des Verfahrens. Typically, all pulses have the same pulse duration. This simplifies the implementation of the method.
Eine Pulsenergie eines Pulses des Laserstrahls kann wenigstens 100 mJ, bevorzugt wenigstens 200 mJ, betragen. Dies ermöglicht das Aufschmelzen großer Flächen. Dadurch kann eine große Anbindungsfläche der Schweißnaht erreicht werden. Zudem kann dadurch begünstigt werden, die gewünschten Aspektverhältnisse von Tiefe zu Breite von höchstens 1 : 1 zu erhalten. Typischerweise besitzen alle Pulse gleiche Pulsenergien. Dies vereinfacht die Durchführung des Verfahrens. A pulse energy of a pulse of the laser beam can be at least 100 mJ, preferably at least 200 mJ. This enables large areas to be melted. As a result, a large connection area of the weld seam can be achieved. In addition, this can help to obtain the desired depth-to-width aspect ratios of at most 1:1. Typically, all pulses have the same pulse energies. This simplifies the implementation of the method.
Gemäß einer bevorzugten Variante kann das Intensitätsminimum des Laserstrahls zumindest über die gesamte Einschweißtiefe vorliegen. Ein in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls ausgedehntes Intensitätsminimum, das sich im Zentrum des Intensitätsprofils des Laserstrahls befindet, kann beispielsweise durch eine Quetschung der den Laserstrahl führenden Faser erzielt werden, wie in der WO 2019/150071 beschrieben. Das Intensitätsminimum kann in einem solchen Fall nach Verlassen der Faser an jeder Position in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls vorliegen. Das in Strahlausbreitungsrichtung ausgedehnte Intensitätsminimum erhöht die Toleranzen in Richtung der optischen Achse des Laserstrahls. Der Laserstrahl kann mit mehreren Teilstrahlen gebildet sein, von denen zumindest einige entlang des ringförmigen Intensitätsmaximums angeordnet sind. Die Teilstrahlen sind mit anderen Worten azimutal entlang des Intensitätsmaximums angeordnet. Dies erhöht die Flexibilität bei der Formung des Laserstrahls bzw. Intensitätsprofils. Wenigstens ein weiterer Teilstrahl des Laserstrahls kann im Bereich des zentralen Intensitätsminimums angeordnet sein. Vorzugsweise werden die Teilstrahlen durch voneinander unabhängige Laserlichtquellen erzeugt. Dadurch kann die Gestaltung des Intensitätsprofils weiter verfeinert werden. Wenigstens zwei der Teilstrahlen können unterschiedliche Laserleistungen besitzen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Laserleistungen der Teilstrahlen unabhängig voneinander verändert werden. Dadurch kann beispielsweise in Vorschubrichtung vorne eine größere Intensität eingestellt werden und dieses Intensitätsprofil auf einfache Weise beibehalten werden, wenn sich die Vorschubrichtung ändert. Die Laserlichtquellen können einen Faserlaser umfassen. According to a preferred variant, the intensity minimum of the laser beam can be present at least over the entire welding depth. An intensity minimum that extends in the propagation direction of the laser beam and is located in the center of the intensity profile of the laser beam can be achieved, for example, by pinching the fiber guiding the laser beam, as described in WO 2019/150071. In such a case, after leaving the fiber, the intensity minimum can be present at any position in the propagation direction of the laser beam. The intensity minimum extended in the beam propagation direction increases the tolerances in the direction of the optical axis of the laser beam. The laser beam can be formed with a plurality of partial beams, at least some of which are arranged along the ring-shaped intensity maximum. In other words, the partial beams are arranged azimuthally along the intensity maximum. This increases flexibility when shaping the laser beam or intensity profile. At least one further partial beam of the laser beam can be arranged in the area of the central intensity minimum. The partial beams are preferably generated by laser light sources that are independent of one another. As a result, the configuration of the intensity profile can be further refined. At least two of the partial beams can have different laser powers. In particular, it can be provided that the laser powers of the partial beams are changed independently of one another. As a result, for example, a greater intensity can be set at the front in the direction of advance and this intensity profile can be retained in a simple manner when the direction of advance changes. The laser light sources may include a fiber laser.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Laserstrahl von einer Laserlichtquelle emittiert wird, welche eine aktive Laserfaser aufweist, deren Modenfeld durch Einbringen von mechanischem Stress veränderbar ist. Durch Verändern der mechanischen Belastung der aktiven Laserfaser kann die Modenordnung eingestellt werden. Hierzu brauchen keine optischen Elemente ausgetauscht zu werden. Dies erlaubt es, das Intensitätsprofil auf einfache Weise an unterschiedliche zu verschweißende Materialien anzupassen. Die Laserlichtquelle kann einen Scheibenlaser umfassen. Alternatively, it can be provided that the laser beam is emitted by a laser light source which has an active laser fiber whose mode field can be changed by introducing mechanical stress. The mode order can be adjusted by changing the mechanical load on the active laser fiber. No optical elements need to be exchanged for this. This allows the intensity profile to be easily adapted to different materials to be welded. The laser light source can include a disk laser.
Weiter alternativ kann der Laserstrahl durch eine Laserfaser mit einer Kernfaser und einer Ringfaser emittiert werden. Vorzugsweise wird in die Kernfaser und in die Ringfaser Laserlicht aus unterschiedlichen Laserlichtquellen eingeleitet. Derart kann der Intensitätsabfall im Intensitätsminimum besonders einfach eingestellt werden. Das Strahlparameterprodukt des Laserstrahls kann wenigstens 0,38 mm*mrad betragen. Das Strahlparameterprodukt des Laserstrahls kann, insbesondere bei einer Laserlichtquelle mit veränderbaren Modenfeld, höchstens 100 mm*mrad, bevorzugt höchstens 32 mm*mrad, betragen. Weiter kann das Strahlparameterprodukt, insbesondere bei Verwendung einer Laserfaser mit einer Kernfaser und einer Ringfaser bzw. bei Bildung des Laserstrahls durch mehrere Teilstrahlen, höchstens 0,6 mm*mrad betragen. Further alternatively, the laser beam may be emitted by a laser fiber having a core fiber and a ring fiber. Laser light from different laser light sources is preferably introduced into the core fiber and into the ring fiber. In this way, the drop in intensity in the intensity minimum can be adjusted in a particularly simple manner. The beam parameter product of the laser beam can be at least 0.38 mm*mrad. The beam parameter product of the laser beam can be at most 100 mm*mrad, preferably at most 32 mm*mrad, in particular in the case of a laser light source with a changeable mode field. Furthermore, the beam parameter product, in particular when using a laser fiber with a core fiber and a ring fiber or when the laser beam is formed by several partial beams, can be at most 0.6 mm*mrad.
Der Strahldurchmesser des Laserstrahls kann auf der Oberfläche des ersten Bauteils wenigstens 10 pm und/oder höchstens 1200 pm betragen. Der Strahldurchmesser kann auf der Oberfläche, insbesondere bei Verwendung einer Laserfaser mit einer Kernfaser und einer Ringfaser bzw. bei Bildung des Laserstrahls durch mehrere Teilstrahlen, wenigstens 30 pm und/oder höchstens 300 pm, bevorzugt höchstens 70 pm, betragen. Weiter kann der Strahldurchmesser auf der Oberfläche, insbesondere bei einer Laserlichtquelle mit veränderbaren Modenfeld, wenigstens 50 pm betragen. The beam diameter of the laser beam can be at least 10 μm and/or at most 1200 μm on the surface of the first component. The beam diameter on the surface can be at least 30 μm and/or at most 300 μm, preferably at most 70 μm, particularly when using a laser fiber with a core fiber and a ring fiber or when the laser beam is formed by several partial beams. Furthermore, the beam diameter on the surface, in particular in the case of a laser light source with a changeable mode field, can be at least 50 μm.
Die Fluenz des Laserstrahls kann höchstens 1000 J/mm2, insbesondere höchstens 300 J/mm2, betragen. Die Intensität des Laserstrahls kann höchstens 20 kW/mm2, insbesondere höchstens 10 kW/mm2, betragen. Die vorgenannten Höchstwerte beziehen sich insbesondere auf eine, vorzugsweise arithmetische, Mittelung über den Querschnitt des Laserstrahls. The fluence of the laser beam can be at most 1000 J/mm 2 , in particular at most 300 J/mm 2 . The intensity of the laser beam can be at most 20 kW/mm 2 , in particular at most 10 kW/mm 2 . The aforementioned maximum values relate in particular to a preferably arithmetic averaging over the cross section of the laser beam.
Eine Wellenlänge des Laserstrahls kann wenigstens 800 nm und/oder höchstens 1200 nm betragen. Mit anderen Worten kann der Laserstrahl ein Infrarot- Laserstrahl sein. Insbesondere kann die Wellenlänge 1030 nm oder 1070 nm betragen. A wavelength of the laser beam can be at least 800 nm and/or at most 1200 nm. In other words, the laser beam can be an infrared laser beam. In particular, the wavelength can be 1030 nm or 1070 nm.
Alternativ kann die Wellenlänge des Laserstrahls im Bereich des sichtbaren Lichts liegen. Insbesondere kann die Wellenlänge wenigstens 400 nm und/oder höchstens 450 nm betragen; der Laserstrahl kann mithin blau sein. Alternativ kann die Wellenlänge 515 nm betragen; der Laserstrahl kann mithin grün sein. Eine durchschnittliche Laserleistung des Laserstrahls kann, insbesondere bei arithmetische Mittelung über der Zeit, wenigstens 10 W, insbesondere wenigstens 50 W, und/oder höchstens 2000 W, insbesondere höchstens 700 W, betragen. Eine Puls-Spitzenleistung der einzelnen Laserpulse kann wenigstens 100 W, insbesondere wenigstens 500 W, und/oder höchstens 20 kW, insbesondere höchstens 7 kW, betragen. Alternatively, the wavelength of the laser beam can be in the visible light range. In particular, the wavelength can be at least 400 nm and/or at most 450 nm; the laser beam can therefore be blue. Alternatively, the wavelength can be 515 nm; the laser beam can therefore be green. An average laser power of the laser beam can be at least 10 W, in particular at least 50 W, and/or at most 2000 W, in particular at most 700 W, in particular with arithmetic averaging over time. A pulse peak power of the individual laser pulses can be at least 100 W, in particular at least 500 W, and/or at most 20 kW, in particular at most 7 kW.
Eine Pulsfrequenz kann wenigstens 25 Hz, insbesondere wenigstens 250 Hz, und/oder höchstens 8 kHz, insbesondere höchstens 800 Hz, betragen. A pulse frequency can be at least 25 Hz, in particular at least 250 Hz, and/or at most 8 kHz, in particular at most 800 Hz.
Eine Vorschubgeschwindigkeit kann wenigstens 10 mm/s, insbesondere wenigstens 100 mm/s, und/oder höchstens 5 m/s, insbesondere höchstens 2 m/s, betragen. A feed rate can be at least 10 mm/s, in particular at least 100 mm/s, and/or at most 5 m/s, in particular at most 2 m/s.
Der zum Schweißen eingesetzte Laserstrahl kann von einer Laserlichtquelle emittiert werden, welche eine Scanneroptik aufweist. Alternativ kann der Laserstrahl von einer Laserlichtquelle mit einer fliegenden Fokussieroptik emittiert werden. Die Scanneroptik bzw. Fokussieroptik kann ein Abbildungsverhältnis von wenigstens 1 : 1, bevorzugt wenigstens 1,5: 1, und/oder höchstens 5: 1, bevorzugt höchstens 2: 1, besitzen. Das Abbildungsverhältnis gibt die Vergrößerung des Strahldurchmessers durch die Optik an. Das Abbildungsverhältnis m kann aus dem Verhältnis der Brennweite f eines Objektivs und einer Kollimationsbrennweite fc als m = f/fc berechnet werden. The laser beam used for welding can be emitted by a laser light source which has scanner optics. Alternatively, the laser beam can be emitted from a laser light source with flying focusing optics. The scanner optics or focusing optics can have an imaging ratio of at least 1:1, preferably at least 1.5:1, and/or at most 5:1, preferably at most 2:1. The imaging ratio indicates the enlargement of the beam diameter through the optics. The imaging ratio m can be calculated from the ratio of the focal length f of a lens and a collimation focal length fc as m=f/fc.
Die Tiefe der Schweißnaht kann wenigstens das 1,5-fache, bevorzugt wenigstens das Doppelte, besonders bevorzugt wenigstens das Dreifache einer Dicke desjenigen Bauteils betragen, auf dessen Oberfläche der Laserstrahl trifft. Dadurch kann erreicht werden, dass die Schweißnaht im Berührbereich der Bauteile eine hinreichend große Breite aufweist, sodass mit anderen Worten der Anbindungsquerschnitt in der gewünschten Größe ausgebildet wird. Vorzugsweise besitzt ein Querschnitt durch den Laserstrahl in zwei zueinander senkrechten Richtungen dieselbe Ausdehnung. Dies vereinfacht die Steuerung des Schweißvorgangs. The depth of the weld seam can be at least 1.5 times, preferably at least twice, particularly preferably at least three times the thickness of that component on whose surface the laser beam impinges. In this way it can be achieved that the weld seam has a sufficiently large width in the contact area of the components, so that in other words the connection cross section is formed in the desired size. Preferably, a cross section through the laser beam has the same extent in two mutually perpendicular directions. This simplifies the control of the welding process.
Besonders bevorzugt ist das Intensitätsmaximum kreisringförmig. Dadurch kann in beliebigen Richtungen mit identischen Eigenschaften geschweißt werden. The intensity maximum is particularly preferably in the form of a circular ring. This allows welding in any direction with identical properties.
Alternativ kann das ringförmige Intensitätsmaximum polygonal sein. Eine polygonale Gestaltung des Intensitätsmaximums bietet sich insbesondere an, wenn der Laserstrahl aus mehreren Teilstrahlen besteht. Das polygonale Intensitätsminimum hat wenigstens drei, vorzugsweise wenigstens vier Ecken. Insbesondere kann das polygonale Intensitätsminimum sechs, acht oder zwölf Ecken besitzen. Derart kann eine Kreisform angenähert werden Alternatively, the annular intensity maximum can be polygonal. A polygonal design of the intensity maximum is particularly useful when the laser beam consists of several partial beams. The polygonal intensity minimum has at least three, preferably at least four, corners. In particular, the polygonal intensity minimum can have six, eight or twelve corners. A circular shape can be approximated in this way
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen 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. Further advantages of the invention result from the claims, the description and the drawing. According to the invention, the features mentioned above and those detailed below can each be used individually or collectively in any desired, expedient combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung Detailed description of the invention and drawings
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen: The invention is illustrated in the drawing and is described using exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung des Verschweißens zweier Bauteile mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei ein Laserstrahl von einer Laserlichtquelle mit einer aktiven Laserfaser, deren Modenfeld durch mechanische Belastung veränderbar ist, emittiert wird; 1 shows a schematic sectional representation of the welding of two components using a method according to the invention, a laser beam being emitted by a laser light source with an active laser fiber whose mode field can be changed by mechanical loading;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Intensitätsprofils des Laserstrahls beim Schweißverfahren von Figur 1 mit einer ersten Ringmode; FIG. 2 shows a schematic representation of the intensity profile of the laser beam in the welding method of FIG. 1 with a first ring mode;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Intensitätsprofils des Laserstrahls beim Schweißverfahren von Figur 1 mit einer anderen Ringmode; FIG. 3 shows a schematic representation of the intensity profile of the laser beam in the welding method of FIG. 1 with a different ring mode;
Fig. 4 eine Laserlichtquelle, die einen Laserstrahl aus einer Kernfaser und einer Ringfaser emittiert, für ein erfindungsgemäßes Schweißverfahren, in einer schematischen Schnittdarstellung; 4 shows a laser light source, which emits a laser beam from a core fiber and a ring fiber, for a welding method according to the invention, in a schematic sectional representation;
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch einen aus mehreren Teilstrahlen zusammengesetzten Laserstrahl für ein erfindungsgemäßes Schweißverfahren. 5 shows a schematic cross section through a laser beam composed of several partial beams for a welding method according to the invention.
Figur 1 zeigt eine Momentaufnahme beim Verschweißen eines ersten Bauteils 10 mit einem zweiten Bauteil 12. Hier sind Flachseiten der beiden Bauteile 10, 12 aneinander angrenzend angeordnet, sodass die beiden Bauteile 10, 12 einander flächig überlappen. Die beiden Bauteile 10, 12 bestehen jeweils aus einem metallischen Material. Vorliegend bestehen die Bauteile 10, 12 aus artungleichen Materialien; beispielsweise kann das erste Bauteil 10 aus einer Aluminiumlegierung bestehen und das zweite Bauteil 12 kann aus einer Kupferlegierung bestehen. Die beiden Bauteile können unterschiedlich dick sein. Eine Dicke 14 des ersten Bauteils 10 kann beispielsweise 0,15 mm betragen. Eine Dicke 16 des zweiten Bauteils 12 kann beispielsweise 0,3 mm betragen. FIG. 1 shows a snapshot of the welding of a first component 10 to a second component 12. Here, flat sides of the two components 10, 12 are arranged adjacent to one another, so that the two components 10, 12 overlap one another over an area. The two components 10, 12 each consist of a metallic material. In the present case, the components 10, 12 consist of dissimilar materials; for example, the first component 10 can be made of an aluminum alloy and the second component 12 can be made of a copper alloy. The two components can have different thicknesses. A thickness 14 of the first component 10 can be 0.15 mm, for example. A thickness 16 of the second component 12 can be 0.3 mm, for example.
Zum Verschweißen der beiden Bauteile 10, 12 wird ein gepulster Laserstrahl 18 auf eine freie Oberfläche 20 des ersten Bauteils 10 gerichtet. Eine Pulsdauer des Laserstrahls 18 kann 100 ps betragen. Eine Pulsenergie eines Pulses des Laserstrahls 18 kann 500 mJ betragen. Eine Wellenlänge des Laserstrahls 18 kann 1030 nm betragen. Ein Strahldurchmesser 22 des Laserstrahls 18 am Auftreffpunkt auf der Oberfläche 20 kann 850 pm betragen. Das Material der Bauteile 10, 12 wird durch die vom Laserstrahl 18 eingebrachte Wärme im Bereich der zu erstellenden Schweißnaht 23 aufgeschmolzen. To weld the two components 10 , 12 , a pulsed laser beam 18 is directed onto a free surface 20 of the first component 10 . A pulse duration of the laser beam 18 can be 100 ps. A pulse energy of a pulse of the laser beam 18 can be 500 mJ. A wavelength of the laser beam 18 can be 1030 nm. A beam diameter 22 of the laser beam 18 at the point of impact on the surface 20 can be 850 μm. The material of the components 10, 12 is melted by the heat introduced by the laser beam 18 in the area of the weld seam 23 to be created.
Der Laserstrahl 18 wird im Ausführungsbeispiel von Figur 1 durch eine Laserlichtquelle 24 mit einer aktiven Laserfaser 26 emittiert. Durch Verändern der mechanischen Belastung der aktiven Laserfaser 26 ist das Modenfeld des Laserstrahls 18 veränderbar. Hierzu kann die Laserlichtquelle 24 einen Aktuator 28 aufweisen. In the exemplary embodiment of FIG. 1, the laser beam 18 is emitted by a laser light source 24 with an active laser fiber 26 . The mode field of the laser beam 18 can be changed by changing the mechanical load on the active laser fiber 26 . For this purpose, the laser light source 24 can have an actuator 28 .
Zum Verschweißen der Bauteile 10, 12 wird durch geeignete Belastung der Laserfaser 26 eine Ringmode aktiviert. Die Intensitätsverteilung des Laserstrahls 18 am Auftreffpunkt auf die Oberfläche 20 ist in Figur 2 dargestellt. Dabei ist links unten eine Graustufendarstellung der Intensitäten im Querschnitt des Laserstrahls 18 gezeigt. Links oben und rechts unten sind die Verläufe der Intensitäten I in Querschnitten entlang der X-Achse bzw. Y-Achse durch den Laserstrahl 18 aufgetragen. In order to weld the components 10, 12, a ring mode is activated by suitably loading the laser fiber 26. The intensity distribution of the laser beam 18 at the point of impact on the surface 20 is shown in FIG. A grayscale representation of the intensities in the cross section of the laser beam 18 is shown at the bottom left. The profiles of the intensities I are plotted in cross sections along the X-axis and Y-axis through the laser beam 18 at the top left and bottom right.
Der Laserstrahl 18 weist ein kreisringförmiges Intensitätsmaximum 30 auf, welches ein lokales Intensitätsminimum 32 im Zentrum des Laserstrahls 18 umgibt. Die Intensität kann in azimutaler Richtung entlang des Intensitätsmaximums 30 gewisse Schwankungen aufweisen. Im zentralen Intensitätsminimum 32 ist die Intensität hier etwa halb so groß wie der Median der Intensitäten im Intensitätsmaximum 30. Vom Intensitätsmaximum 32 nach radial außen fällt die Intensität schneller ab als nach radial innen. Dadurch wird der Laserstrahl 18 nach radial außen scharf begrenzt. Zum Intensitätsminimum 32 hin erfolgt ein demgegenüber langsamerer Abfall der Intensität. The laser beam 18 has an intensity maximum 30 in the form of a circular ring, which surrounds a local intensity minimum 32 in the center of the laser beam 18 . The intensity can have certain fluctuations in the azimuthal direction along the intensity maximum 30 . In the central intensity minimum 32, the intensity here is about half as large as the median of the intensities in the intensity maximum 30. From the intensity maximum 32 radially outwards, the intensity falls faster than radially inwards. This will make the Laser beam 18 sharply delimited radially outwards. In contrast, the intensity decreases more slowly towards the intensity minimum 32 .
Beim Schweißen mit dem Laserstrahl gemäß Figur 2 kann die Puls-Spitzenleistung kann 1581 W betragen. Die durchschnittliche Laserleistung kann 454 W betragen. Die Pulsfrequenz kann 250 Hz betragen. Die Pulsdauer kann 1150 ps betragen. Die Pulsenergie kann 1,8 J betragen. Die Vorschubgeschwindigkeit kann 1,5 m/min betragen. When welding with the laser beam according to FIG. 2, the pulse peak power can be 1581 W. Average laser power can be 454W. The pulse frequency can be 250 Hz. The pulse duration can be 1150 ps. The pulse energy can be 1.8J. The feed speed can be 1.5 m/min.
Figur 3 zeigt die Intensitätsverteilung des Laserstrahls 18 beim Verschweißen der Bauteile 10, 12, wenn eine andere Ringmode aktiviert ist. Bei dieser Ringmode schwank die Intensität in azimutaler Richtung entlang des kreisringförmigen Intensitätsmaximums 30 weniger stark als in Figur 2. Die Intensität im Bereich des Intensitätsminimums 32 beträgt hier weniger als 20 % des Medians der Intensitäten im Intensitätsmaximum 30. FIG. 3 shows the intensity distribution of the laser beam 18 when the components 10, 12 are welded when another ring mode is activated. In this ring mode, the intensity fluctuates less in the azimuthal direction along the circular intensity maximum 30 than in FIG.
Beim Schweißen mit dem Laserstrahl gemäß Figur 3 kann die Puls-Spitzenleistung kann 1635 W betragen. Die durchschnittliche Laserleistung kann 470 W betragen. Die Pulsfrequenz kann 250 Hz betragen. Die Pulsdauer kann 1150 ps betragen. Die Pulsenergie kann 1,8 J betragen. Die Vorschubgeschwindigkeit kann 1,5 m/min betragen. When welding with the laser beam according to FIG. 3, the peak pulse power can be 1635 W. Average laser power can be 470W. The pulse frequency can be 250 Hz. The pulse duration can be 1150 ps. The pulse energy can be 1.8J. The feed speed can be 1.5 m/min.
Beim erfindungsgemäßen Schweißverfahren wird die Scheißnaht so erstellt, dass eine Tiefe 34 der Schweißnaht 23 (gemessen in Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls 18) kleiner ist als eine Breite 36 der Schweißnaht 23 (gemessen senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls 18), vergleiche Figur 1. Hier beträgt die Tiefe 34 etwa ein Drittel der Breite 36. Die Tiefe 34 der Schweißnaht 22 kann beispielsweise 0,3 mm betragen. Beim Verschweißen der Bauteile 10, 12 kann das Intensitätsminimum 32 vorzugsweise über die gesamte Einschweißtiefe vorliegen. In the welding method according to the invention, the weld seam is created in such a way that a depth 34 of the weld seam 23 (measured in the direction of propagation of the laser beam 18) is smaller than a width 36 of the weld seam 23 (measured perpendicularly to the direction of propagation of the laser beam 18), see Figure 1. Here the Depth 34 approximately one third of the width 36. The depth 34 of the weld seam 22 can be 0.3 mm, for example. When welding the components 10, 12, the intensity minimum 32 can preferably be present over the entire welding depth.
Auf ihrer von der Oberfläche 20 abgewandten Seite, d. h. zu dem zweiten Bauteil 12 hin, wird die Schweißnaht 23 durch einen konvex gekrümmten Bogen 38, hier einen Kreisbogen begrenzt. Der Querschnitt der Schweißnaht 23 besitzt mithin die Form einer plankonvexen Linse bzw. eines Kreissegments. Die Schweißnaht 23 erstreckt sich nicht vollständig durch das zweite Bauteil 12 hindurch. Insbesondere reicht die Schweißnaht 23 nicht bis zu einer Endfläche 39 des zweiten Bauteils 12, welche von dem ersten Bauteil 10 abgewandt ist. On its side facing away from the surface 20, ie toward the second component 12, the weld seam 23 is formed by a convex arc 38, here bounded by an arc of a circle. The cross section of the weld seam 23 therefore has the shape of a plano-convex lens or a segment of a circle. The weld seam 23 does not extend completely through the second component 12 . In particular, the weld seam 23 does not extend to an end face 39 of the second component 12 which faces away from the first component 10 .
Figur 4 zeigt eine Laserlichtquellenanordnung 40, die anstelle der Laserlichtquelle 24 von Figur 1 zum Verschweißen der Bauteile 10, 12 verwendet werden kann. Die Laserlichtquellenanordnung 40 weist eine Laserfaser 42 mit einer Kernfaser 44 und einer Ringfaser 46 auf. Die Ringfaser 46 umgibt die Kernfaser 44. Ein Laserstrahl 18 ist in seinem Zentrum durch aus der Kernfaser 44 austretendes Laserlicht und in seinem radial äußeren Bereich durch aus der Ringfaser 46 austretendes Laserlicht gebildet. FIG. 4 shows a laser light source arrangement 40 which can be used in place of the laser light source 24 of FIG. 1 for welding the components 10, 12. The laser light source arrangement 40 has a laser fiber 42 with a core fiber 44 and a ring fiber 46 . The ring fiber 46 surrounds the core fiber 44. A laser beam 18 is formed in its center by laser light exiting from the core fiber 44 and in its radially outer region by laser light exiting from the ring fiber 46.
In die Kernfaser 44 und die Ringfaser 46 wird Laserlicht aus voneinander separaten Laserlichtquellen 48, 50 eingespeist. Durch entsprechende Ansteuerung der Laserlichtquellen 48, 50 wird erreicht, dass die Intensität des Laserstrahls 18 im Zentrum kleiner ist als in einem das Zentrum ringförmig umgebenden Bereich. Mit anderen Worten erzeugt das aus der Ringfaser 46 austretendes Laserlicht ein ringförmiges Intensitätsmaximum, welches ein zentrales Intensitätsminimum einschließt, das im Wesentlichen durch aus der Kernfaser 44 austretendes Laserlicht erzeugt wird. Laser light from separate laser light sources 48, 50 is fed into the core fiber 44 and the ring fiber 46. Appropriate activation of the laser light sources 48, 50 ensures that the intensity of the laser beam 18 is lower in the center than in a ring-shaped area surrounding the center. In other words, the laser light emerging from the ring fiber 46 generates an annular maximum intensity which encloses a central intensity minimum which is essentially generated by the laser light emerging from the core fiber 44 .
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Laserstrahl 18, der aus mehreren Teilstrahlen 52, 54 gebildet ist. Die Teilstrahlen 52 bilden ein ringförmiges Intensitätsmaximum. Vorliegend sind die Teilstrahlen 52 auf Eckpunkten eines Polygons, hier eines Sechsecks, angeordnet. Zur Steuerung der Intensität eines zentralen Intensitätsminimums ist der Teilstrahl 54 vorgesehen. Wenn im Zentrum eine besonders geringe Intensität gewünscht ist, kann der Teilstrahl 54 auch entfallen. Es versteht sich, dass mehr oder weniger als sechs Teilstrahlen 52 verwendet werden können. Ebenso könnten im Zentrum mehrere Teilstrahlen 54 verwendet werden. Ferner könnten weitere ringförmige Lagen von Teilstrahlen vorgesehen sein (nicht näher dargestellt). Die Teilstrahlen 52, 54 können jeweils aus voneinander separaten Laserlichtquellen emittiert werden. Insbesondere können die Intensitäten der Teilstrahlen 52 unabhängig von der Intensität des Teilstahls 54 eingestellt und gegebenenfalls beim Schweißen verändert werden. Zudem kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Teilstrahlen 52 eine andere Intensität besitzt als andere der Teilstrahlen 52. Die unterschiedlichen Intensitäten der Teilstrahlen 52 können in Abhängigkeit von einer Vorschubrichtung und/oder Vorschubgeschwindigkeit verändert werden. FIG. 5 shows a cross section through a laser beam 18 which is formed from a plurality of partial beams 52, 54. The partial beams 52 form an annular intensity maximum. In the present case, the partial beams 52 are arranged on corner points of a polygon, here a hexagon. The partial beam 54 is provided for controlling the intensity of a central intensity minimum. If a particularly low intensity is desired in the center, the partial beam 54 can also be omitted. It is understood that more or fewer than six sub-beams 52 can be used. Likewise, several partial beams 54 could be used in the center. Further ring-shaped layers of partial beams could also be provided (not shown in more detail). The partial beams 52, 54 can each be emitted from separate laser light sources. In particular, the intensities of the partial beams 52 can be set independently of the intensity of the partial beam 54 and, if necessary, changed during welding. In addition, it can be provided that at least one of the partial beams 52 has a different intensity than other partial beams 52. The different intensities of the partial beams 52 can be changed depending on a feed direction and/or feed speed.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung Verfahren zum Laserschweißen, bei welchem ein Laserstrahl in seinem Zentrum eine geringere Intensität aufweist als in einem ringförmigen Bereich, welche das Zentrum umgibt. Der Laserstrahl wird auf ein erstes zu verschweißendes Bauteile gerichtet. Durch Wärmeleitung wird das Material des ersten und eines (in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem ersten Bauteil liegenden) zweiten Bauteils aufgeschmolzen. Das Intensitätsprofil mit dem zentralen Intensitätsminimum und dem ringförmigen Intensitätsmaximum verringert das Verdampfen von Material aus dem Schweißbad sowie Bewegungen im Schweißbad. Das Verschweißen erfolgt derart, dass die Tiefe der Schweißnaht höchstens so groß ist wie die Breite der Schweißnaht. Von einer freien Oberfläche abgewandt wird ein Querschnitt der Schweißnaht vorzugsweise durch einen gleichmäßig gekrümmten Bogen begrenzt. In summary, the invention relates to methods for laser welding, in which a laser beam has a lower intensity in its center than in an annular area that surrounds the center. The laser beam is directed onto a first component to be welded. The material of the first and a second component (located behind the first component in the beam propagation direction) is melted by thermal conduction. The intensity profile with the central intensity minimum and the annular intensity maximum reduces the evaporation of material from the weld pool as well as movements in the weld pool. The welding takes place in such a way that the depth of the weld seam is at most as great as the width of the weld seam. Facing away from a free surface, a cross section of the weld seam is preferably delimited by a uniformly curved arc.
Bezuaszeichenliste erstes Bauteil 10 zweites Bauteil 12 Reference sign list first component 10 second component 12
Dicke 14 des ersten Bauteils 10Thickness 14 of the first component 10
Dicke 16 des zweiten Bauteils 12Thickness 16 of the second component 12
Laserstrahl 18 laser beam 18
Oberfläche 20surface 20
Strahldurchmesser 22beam diameter 22
Schweißnaht 23Weld 23
Laserlichtquelle 24 aktive Laserfaser 26 Laser light source 24 active laser fiber 26
Aktuator 28actuator 28
Intensitätsmaximum 30Intensity maximum 30
Intensitätsminimum 32 Intensity minimum 32
Tiefe 34 depth 34
Breite 36 width 36
Bogen 38 arch 38
Endfläche 39end face 39
Laserlichtquellenanordnung 40Laser light source assembly 40
Laserfaser 42 Laser fiber 42
Kernfaser 44 core fiber 44
Ringfaser 46 ring fiber 46
Laserlichtquellen 48, 50Laser light sources 48, 50
Teilstrahlen 52, 54 Partial beams 52, 54

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Laserschweißen zweier, vorzugsweise metallischer, Bauteile (19, 12), wobei ein gepulster Laserstrahl (18) auf eine Oberfläche (20) des einen der Bauteile (10) gerichtet wird, sodass das Material der Bauteile (10, 12) im Bereich einer zu erstellenden Schweißnaht (23) aufgeschmolzen wird, wobei der Laserstrahl (18) ein Intensitätsprofil aufweist, das ein ringförmiges Intensitätsmaximum (30) und ein lokales Intensitätsminimum (32) in seinem Zentrum besitzt, wobei die Intensität im Intensitätsminimum (32) wenigstens 10 % kleiner ist als im Intensitätsmaximum (30), und wobei eine Tiefe (34) der erstellten Schweißnaht (23) höchstens so groß ist wie eine Breite (36) der Schweißnaht. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gradient des Intensitätsprofils vom Intensitätsmaximum (30) nach radial außen betragsmäßig größer ist als vom Intensitätsmaximum (30) nach radial innen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (34) der Schweißnaht (23) höchstens zwei Drittel, bevorzugt höchstens die Hälfte der Breite (36) der Schweißnaht (23) beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (10,12) aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Method for laser welding two, preferably metallic, components (19, 12), wherein a pulsed laser beam (18) is directed onto a surface (20) of one of the components (10), so that the material of the components (10, 12) in Area of a weld seam (23) to be created is melted, the laser beam (18) having an intensity profile which has a ring-shaped intensity maximum (30) and a local intensity minimum (32) in its center, the intensity in the intensity minimum (32) being at least 10 % is smaller than the intensity maximum (30), and a depth (34) of the created weld (23) is at most as large as a width (36) of the weld. Method according to Claim 1, characterized in that a gradient of the intensity profile from the intensity maximum (30) radially outward is greater in terms of absolute value than from the intensity maximum (30) radially inward. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the depth (34) of the weld seam (23) is at most two thirds, preferably at most half, of the width (36) of the weld seam (23). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the components (10, 12) consist of different materials.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (23) von der Oberfläche (20) abgewandt durch einen konvex gekrümmten Bogen (38) begrenzt ist, der insbesondere elliptisch, bevorzugt rund ist. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the weld seam (23) facing away from the surface (20) is delimited by a convexly curved arc (38), which is in particular elliptical, preferably round.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulsdauer eines Pulses des Laserstrahls (18) wenigstens 10 ps, bevorzugt wenigstens 20 ps, beträgt, und/oder dass die Pulsdauer höchstens 1 s, bevorzugt höchstens 0,5 s beträgt. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a pulse duration of a pulse of the laser beam (18) is at least 10 ps, preferably at least 20 ps, and/or that the pulse duration is at most 1 s, preferably at most 0.5 s .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulsenergie eines Pulses des Laserstrahls (18) wenigstens 100 mJ, bevorzugt wenigstens 200 mJ, beträgt. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a pulse energy of a pulse of the laser beam (18) is at least 100 mJ, preferably at least 200 mJ.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Intensitätsminimum über die gesamte Einschweißtiefe vorliegt. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the minimum intensity is present over the entire welding depth.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (18) mit mehreren Teilstrahlen (52, 54) gebildet ist, von denen zumindest einige entlang des ringförmigen Intensitätsmaximums (30) angeordnet sind, vorzugsweise wobei wenigstens einer der Teilstrahlen (54) im Bereich des Intensitätsminimums (32) angeordnet ist. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the laser beam (18) is formed with a plurality of partial beams (52, 54), at least some of which are arranged along the ring-shaped intensity maximum (30), preferably wherein at least one of the Partial beams (54) is arranged in the area of the minimum intensity (32).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstrahlen (52, 54) durch voneinander unabhängige Laserlichtquellen erzeugt werden. 10. The method according to claim 9, characterized in that the partial beams (52, 54) are generated by laser light sources that are independent of one another.
- 19 - Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Teilstrahlen (52, 54) unterschiedliche Laserleistungen besitzen, insbesondere dass die Laserleistungen der Teilstrahlen (52, 54) unabhängig voneinander verändert werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (18) von einer Laserlichtquelle (24) emittiert wird, welche eine aktive Laserfaser (26) aufweist, deren Modenfeld durch Einbringen von mechanischem Stress veränderbar ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (18) durch eine Laserfaser (42) mit einer Kernfaser (44) und einer Ringfaser (46) emittiert wird, vorzugsweise wobei in die Kernfaser (44) und in die Ringfaser (46) Laserlicht aus unterschiedlichen Laserlichtquellen eingeleitet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (34) der Schweißnaht (23) wenigstens das 1,5-fache, bevorzugt wenigstens das Doppelte, besonders bevorzugt wenigstens das Dreifache einer Dicke (14) desjenigen Bauteils (10) beträgt, auf dessen Oberfläche (20) der Laserstrahl (18) trifft. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt durch den Laserstrahl (18) in zwei zueinander senkrechten Richtungen dieselbe Ausdehnung besitzt, insbesondere wobei das Intensitätsmaximum (30) kreisringförmig oder polygonal ist. - 19 - Method according to claim 9 or 10, characterized in that at least two of the partial beams (52, 54) have different laser powers, in particular that the laser powers of the partial beams (52, 54) are changed independently of one another. Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the laser beam (18) is emitted by a laser light source (24) which has an active laser fiber (26) whose mode field can be changed by introducing mechanical stress. Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the laser beam (18) is emitted by a laser fiber (42) with a core fiber (44) and a ring fiber (46), preferably in the core fiber (44) and in the Ring fiber (46) laser light from different laser light sources is introduced. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the depth (34) of the weld seam (23) is at least 1.5 times, preferably at least twice, particularly preferably at least three times the thickness (14) of that component (10). , on whose surface (20) the laser beam (18) strikes. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a cross section through the laser beam (18) has the same extent in two mutually perpendicular directions, in particular the intensity maximum (30) being circular or polygonal.
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