DE10017845C1

DE10017845C1 - Welding nozzle arrangement used for laser beam-hybrid welding has a cross air flow for guiding the protective gas over the processing site

Info

Publication number: DE10017845C1
Application number: DE10017845A
Authority: DE
Inventors: Goetz Kapper; Michael Kasimir; Martin Dahmen; Ulrich Russek
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2002-01-03
Anticipated expiration: 2020-04-12

Abstract

Welding nozzle arrangement comprises a nozzle (2) enclosing a laser beam (1); and a gas feed (4) for introducing a protective gas (6) to a processing site (5). The nozzle has a nozzle chamber (3). A cross air flow is provided for guiding the protective gas over the processing site. An Independent claim is also included for welding workpieces using the above arrangement. Preferred Features: A welding electrode (11) is provided in the gas feed. The gas feed and the welding electrode are formed as a MIG burner.

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft eine Schweißdüsenanordnung und das damit durchgeführte Schweißverfahren. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das Laserschweißen mit Schutzgas sowie das Laserstrahl-Hybridschweißen.The invention relates to a welding nozzle arrangement and the one carried out with it Welding process. The preferred area of application is laser welding with Shielding gas as well as laser beam hybrid welding.

State of the art

Allgemein bekannt sind Schweißdüsen für das MIG-Schweißen, d. h. für das Schweißen mit Inertgas. Bei diesem Schweißverfahren wird zwischen einer abschmelzenden, metallischen Schweißelektrode und dem metallischem Werkstück ein Lichtbogen gezündet und der Wärmeeintrag des Lichtbogens zum Schweißen ausgenutzt. Zusätzlich wird der Bearbeitungs- bzw. Schweißstelle ein Arbeits- oder Schutzgas zugeführt. Hierdurch wird die Schmelze gegen die umgebende Atmosphäre abgeschirmt wodurch eine Reaktion des Schweißgutes mit der Umgebungsluft verhindert werden kann. Weiterhin erlaubt das Schutzgas eine gezielte Veränderung der Schweißnahtgeometrie sowie eine Reduzierung der Poren in der Schweißnaht.Welding nozzles for MIG welding are generally known, i. H. for welding with inert gas. In this welding process, a melting, metallic welding electrode and the metallic workpiece an arc ignited and the heat input from the arc used for welding. In addition, the processing or welding point becomes a working or protective gas fed. This shields the melt from the surrounding atmosphere which prevents the weld metal from reacting with the ambient air can. Furthermore, the protective gas allows a targeted change in the Weld geometry and a reduction in the pores in the weld.

Unter geeigneten Betriebsbedingungen kann bei diesem Schweißverfahren auch ein Plasma im Bearbeitungsbereich entstehen. In diesem Fall ist die Schutzgasatmosphäre für die Bildung eines kontrollierten Plasmas erforderlich. Gleiches gilt sinngemäß, wenn anstelle der Schweißelektrode ein Laser eingesetzt wird.Under suitable operating conditions, this welding process can also be used Plasma is created in the processing area. In this case the protective gas atmosphere required for the formation of a controlled plasma. The same applies analogously if a laser is used instead of the welding electrode.

Die handelsüblichen MIG-Schweißdüsen sorgen zwar für einen guten Schutz beim MIG- Schweißen, erlauben jedoch wegen der weiträumigen Abschirmung des Schweißdrahtes keine zusätzliche Einkopplung eines Laserstrahles in den MIG-Schweißprozess. Aus diesem Grund sind MIG-Schweißdüsen für das Laserstrahl-Hybridschweißen ungeeignet. Bei diesem Schweißverfahren wird mittels fokussierter Laserstrahlung Energie in den Werkstoff eingebracht und der Werkstoff darüber aufgeschmolzen. Zusätzlich wird ein Lichtbogen in den Prozess eingekoppelt mit dessen Hilfe zusätzliche Energie und der Schweißzusatzwerkstoff in den Bearbeitungsbereich eingebracht werden kann. Aus den oben genannten Gründen sind für das Laserstrahl- Hybridschweißen spezielle Schweißdüsen erforderlich.The standard MIG welding nozzles provide good protection for the MIG Welding, however, allow because of the extensive shielding of the welding wire no additional coupling of a laser beam into the MIG welding process. Out this is why MIG welding nozzles are for laser beam hybrid welding not suitable. This welding process uses focused laser radiation Energy introduced into the material and the material melted over it. In addition, an arc is coupled into the process with the help of additional ones Energy and the filler metal introduced into the machining area can be. For the reasons mentioned above, laser beam Hybrid welding requires special welding nozzles.

Eine Schweißdüsenanordnung für das gleichzeitige Schweißbearbeiten mit einem Laserstrahl und einem Lichtbogen wird in der DE 196 27 803 C1 offenbart. Dort wird eine Schweißdüse mit einer sie umgebenden Düsenhülse vorgeschlagen, wobei Düse und Düsenhülse gegeneinander quer versetzte Achsen aufweisen. Zwischen Düse und Düsenhülse befindet sich ein Ringspalt, in der die Schweißelektrode und/oder ihre Elektrodenführung zumindst zum Teil angeordnet sind. Durch den Ringspalt strömt das Schutzgas zur Bearbeitungsstelle. Durch die ringförmige Zufuhr von Arbeitsgas wird eine Staupunktströmung realisiert bei der das Schutzgas innerhalb der Werkstückebene weitgehend isotrop von der Bearbeitungsstelle wegströmt. Zusätzlich entweicht ein Teil des Schutzgases weitgehend senkrecht zum Werkstück durch die Düsenkammer. Durch diese Wahl der Strömungsbedingungen wird die Bearbeitungsstelle durch Schutzgas eingekapselt und geschützt.A welding nozzle assembly for simultaneous welding with one Laser beam and an arc is disclosed in DE 196 27 803 C1. There will proposed a welding nozzle with a surrounding nozzle sleeve, nozzle and nozzle sleeve have axially offset axes. Between nozzle and There is an annular gap in the nozzle sleeve, in which the welding electrode and / or its Electrode guide are at least partially arranged. This flows through the annular gap Shielding gas to the processing point. Due to the annular supply of working gas, a The stagnation point flow realizes the shielding gas within the workpiece level flows largely isotropically away from the processing point. In addition, a part escapes of the protective gas largely perpendicular to the workpiece through the nozzle chamber. By this choice of flow conditions becomes the processing point through protective gas encapsulated and protected.

Allerdings fällt die Schweißdüsenanordnung gemäß der DE 196 27 803 C1 konstruktionsbedingt recht groß aus. Bei einer rotationssymmetrischen Ausbildung der Düsenhülse hat die Schweißdüsenanordnung eine kegelstumpfförmige Form bei der das Vorhandensein eines Ringspalts einen großen Öffnungwinkel nach sich zieht. Dies ist zum Beispiel bei T-Stößen nachteilig, bei der die Laserstrahlung flach bzw. unter einem kleinen Winkel relativ zur Oberfläche der zu verschweißenden Bauteile eingekoppelt werden muss. Für diese Anwendung können die Bauteile mit einer Schweißdüsenanordnung gemäß der DE 196 27 803 C1 nicht oder nur unter nicht optimalen Winkeln verschweißt werden. Ähnliche Probleme treten bei einer schlechten Zugänglichkeit der zu verschweißenden Bauteile auf. Wird hingegen bei der DE 196 27 803 C1 eine nicht-rotationssysmmetrische Ausführung der Düsenhülse verwendet, zum Beispiel eine elliptische Düsenhülse, so fällt die Düsenanordnung in der Längsrichtung recht breit aus.However, the welding nozzle arrangement according to DE 196 27 803 C1 falls due to its construction, it looks quite large. With a rotationally symmetrical design of the Nozzle sleeve, the welding nozzle arrangement has a frustoconical shape in which the The presence of an annular gap results in a large opening angle. This is For example, disadvantageous for T-joints where the laser radiation is flat or under one Coupled small angle relative to the surface of the components to be welded must become. For this application, the components with a Welding nozzle arrangement according to DE 196 27 803 C1 not or only under not optimal angles are welded. Similar problems occur with a bad one Accessibility of the components to be welded. However, in DE 196 27 803 C1 a non-rotationally symmetrical version of the nozzle sleeve used to For example, an elliptical nozzle sleeve, the nozzle arrangement falls in the longitudinal direction quite wide.

Wird bei der DE 196 27 803 C1 zusätzlich mit einer optikabschirmenden Querluftströmung gearbeitet, einem sogenannten cross-jet, so wird über die Düsenkammer Schutzgas von der Bearbeitungsstelle abgesaugt. Damit besteht aber die Gefahr, dass die die Bearbeitungsstelle umgebende Schutzgashülle aufgerissen wird und das Schweißgut unbeabsichtigt mit der Umgebungsluft reagiert. Zusammengefasst ist die DE 196 27 803 C1 für die oben skizzierten Anwendungen nur bedingt einsetzbar.Is in DE 196 27 803 C1 additionally with an optics shielding Cross air flow worked, a so-called cross-jet, so is about the Nozzle chamber protective gas is extracted from the processing point. But with that there is Danger of the protective gas envelope surrounding the processing point being torn open and the weld deposit unintentionally reacts with the ambient air. Summarized DE 196 27 803 C1 can only be used to a limited extent for the applications outlined above.

Die DE 196 15 633 C1 offenbart eine Schweißdüsenanordnung, bei der über eine erste Kammer ein Schutzgas zur Bearbeitungsstelle geführt wird, welches nachfolgend über eine zweite Kammer von einer Pumpe absaugt wird. Es ist ferner ein Abstandshalter vorgesehen, der verhindert, dass die Absaugeinrichtung Luft ansaugen kann.DE 196 15 633 C1 discloses a welding nozzle arrangement in which a first chamber is used a protective gas is led to the processing point, which is subsequently passed through a second chamber is sucked off by a pump. A spacer is also provided which prevents the suction device can suck in air.

Die DE 196 08 074 A1 offenbart ein Verfahren zum Schweißen von relativ bewegten Werkstücken, bei dem eine erste Schweißenergiequelle wie zum Beispiel ein Laser vorgesehen ist, mit dem eine Dampfkapillare ausgebildet wird. Weiterhin ist eine zweite Schweißenergiequelle vorgesehen, deren Lichtbogen im Schweißbogen im Schweißbereich des Werkstückes fußt, und bei dem das Schweißen unter gleichzeitiger Einwirkung von Energie aus beiden Schweißenergiequellen erfolgt.DE 196 08 074 A1 discloses a method for welding relatively moving Workpieces in which a first welding energy source is provided, such as a laser, with which a steam capillary is formed. There is also a second source of welding energy provided, the arc is based in the welding arc in the welding area of the workpiece, and in which welding with the simultaneous exposure to energy from both Welding energy sources takes place.

Presentation of the invention

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Schweißdüsenanordnung und ein Schweißverfahren bereitzustellen, die die oben genannten Probleme nach dem Stand der Technik weitestgehend vermeiden. Das Schweißverfahren und die Schweißdüsenanordnung sollen für das reine Laserschweißen einsetzbar sein, aber auch für das gleichzeitige Schweißbearbeiten mit Laser und Lichtbogen. Insbesondere sollen damit Kehlnähte optimal schweißbar sein.The invention is based on the technical problem of a welding nozzle arrangement and to provide a welding method that solves the above problems after the Avoid the state of the art as far as possible. The welding process and the Welding nozzle arrangement should be used for pure laser welding, however also for simultaneous welding with laser and arc. In particular fillet welds should be optimally weldable.

Die Lösung dieses Problems wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen für die Düsenanordnung und das Schweißverfahren sind in den Unteransprüchen angegeben. The solution to this problem is given in the independent claims specified features solved. Advantageous configurations for the nozzle arrangement and the welding process are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich die genannten Probleme nach dem Stand der Technik durch eine Schweißdüsengeometrie lösen fassen, die für eine Staupunktströmung sorgt und gleichzeitig eine Schutzgassenke bereitstellt.According to the invention, it was recognized that the problems mentioned are based on the prior art the technology using a welding nozzle geometry that can be used for a Stagnation point flow ensures and at the same time provides a protective alley.

Bei der erfindungsgemäßen Schweißdüsenanordnung strömt das Schutzgas nicht mehr innerhalb der Werkstückebene isotrop in alle Richtungen weg, sondern es weist vielmehr eine Vorzugsrichtung auf. Diese Vorzugsrichtung ist die Richtung vom Staupunkt zur Schutzgassenke. Die Schutzgassenke ist ein Gebiet mit einem Gasdruck der niedriger ist als in seiner Umgebung. Das Schutzgas strömt dann bevorzugt vom Staupunkt zur Schutzgassenke.In the welding nozzle arrangement according to the invention, the protective gas no longer flows isotropic in all directions within the workpiece plane, but rather it points a preferred direction. This preferred direction is the direction from the stagnation point to Inert gas sink. The protective alley is an area with a gas pressure of lower is as in its environment. The protective gas then flows preferentially from the stagnation point to Inert gas sink.

Durch die Schutzgassenke wird eine Schutzgasströmung erzeugt welche die Schweißstelle überströmt und damit das Schweißgut vor Reaktionen mit der Umgebungsluft schützt. Entsprechend muss die Schweißdüsenanordnung Mittel aufweisen die eine derartige Senke bereitstellen, so dass dem Schutzgas innerhalb der Werkstückebene eine Vorzugsrichtung aufgeprägt und es dadurch gleichzeitig über die Bearbeitungsstelle geführt wird.A protective gas flow is generated through the protective gas sink Flows over the weld and thus the weld metal before reactions with the Protects ambient air. Correspondingly, the welding nozzle arrangement must have means have the provide such a sink, so that the protective gas within the Imprinted a preferred direction of the workpiece level and thereby it at the same time over the Processing point is managed.

Als Mittel zur Bereitstellung einer Senke bzw. zur Aufprägung einer Vorzugsrichtung kann ein Saugkanal vorgesehen sein. Wird mittels eines Saugkanals Schutzgas von der Bearbeitungsstelle abgesaugt, so strömt das Schutzgas bevorzugt von der Schutzgaseinlassöffnung zum Saugkanal. Schutzgaseinlassöffnung und Saugkanal legen damit eine Vorzugsrichtung für das strömende Schutzgas fest. Die Bearbeitungsstelle wird von dieser gerichteten Gasströmung umströmt was einen effektiven Schutz des Schweißgutes vor Reaktionen mit der Raumluft sicherstellt. Mithin wird durch die Wahl eines Saugkanals eine die Bearbeitungsstelle umströmende, gerichtete Schutzgasströmung bereitgestellt, bzw. wird das Schutzgas über die Bearbeitungsstelle geführt. Das über die Bearbeitungsstelle geführte Schutzgas strömt weitgehend laminar von der Schutzgaseinlassöffnung zum Saugkanal. As a means of providing a depression or embossing a preferred direction a suction channel can be provided. Is a protective gas from the Extracted processing point, the protective gas flows preferentially from the Shielding gas inlet opening to the suction channel. Shielding gas inlet opening and suction channel define a preferred direction for the flowing shielding gas. The Processing area is flowed around by this directed gas flow ensures effective protection of the weld metal against reactions with the ambient air. therefore the choice of a suction channel means that a directional shielding gas flow provided, or the shielding gas over the Processing point led. The shielding gas that flows through the processing point flows largely laminar from the protective gas inlet opening to the suction channel.

Als Mittel zur Realisierung einer Senke ist eine reine Querluftströmung vorgesehen. Die Querluftströmung kann für diesen Fall durch ein gasführendes Röhrchen bereitgestellt werden, welches quer zur Schweißrichtung vor dem Laserstrahl über die Werkstückoberfläche bläst. Hierdurch wird, bezogen auf die Vorschubrichtung vor dem Laserstrahl, ein Unterdruck erzeugt. Das Schutzgas wird dann bevorzugt in Schweißvorschubrichtung strömen.As a means of realizing a sink is a pure one Cross air flow provided. The cross air flow can in this case by gas-carrying tube are provided, which is transverse to the welding direction blows the laser beam over the workpiece surface. This will, based on the Feed direction in front of the laser beam, a negative pressure is generated. The protective gas is then flow preferentially in the welding feed direction.

Beim erfindungsgemäßen Konzept der schutzgasüberströmten Bearbeitungsstelle kann eine besonders kompakte Schweißdüsenanordnung realisiert werden. In einem geometrisch besonders einfachen Fall möge das Schutzgas weitgehend parallel zur x- Achse strömen. Entlang dieser Vorzugsrichtung können sich dann nacheinander die Einlassöffnung der Schutzgaszuführung, die Bearbeitungsstelle, und die Mündungsöffnung für den Absaugkanal befinden. Senkrecht zur Vorzugsrichtung, dies sei die y-Richtung, kann die Schweißdüsenanordnung besonders schmal ausgeführt werden. Dies ist möglich, weil in dieser Richtung kein Kanal für zuströmendes Arbeitsgas und auch kein Absaugkanal erforderlich ist. In der Gesamtheit entsteht damit eine besonders kompakte Schweißdüsenanordnung, welche die Zugänglichkeit bei komplizierter Schweißgeometrie begünstigt. Außerdem wird eine für das Schweißen von Kehlnähten erforderliche flache Energieinkopplung in das Werkstück erleichtert.In the inventive concept of the processing point overflowed with protective gas, can a particularly compact welding nozzle arrangement can be realized. In one geometrically particularly simple case, the protective gas may be largely parallel to the x- Stream axis. Along this preferred direction, the Inlet opening of the protective gas supply, the processing point, and the Mouth opening for the suction channel. Perpendicular to the preferred direction, this be the y direction, the welding nozzle arrangement can be made particularly narrow become. This is possible because there is no channel for inflowing in this direction Working gas and no suction channel is required. In total, this creates a particularly compact welding nozzle arrangement, which increases accessibility complicated welding geometry favors. Also one is used for welding Fillet welds required flat energy coupling into the workpiece easier.

In einer einfachen Ausführung weist die Düse einen sich in Richtung der Düsenkammermündung verjüngenden rechteckförmigen Querschnitt auf. Die Gaszuführung besteht in einem Zylinder, welcher unter einem spitzen Winkel gegenüber der Düsenkammerwand angeordnet ist. Die Düsenkammermündung und die Mündung der Gaszuführung bilden gemeinsam die Düsenmündung. Die Richtung der langen Rechteckachse ist dann die x-Achse, und die kurze Rechteckachse die y-Achse im Sinne der Ausführungen des vorstehenden Abschnitts.In a simple embodiment, the nozzle points in the direction of the Nozzle chamber mouth tapering rectangular cross-section. The Gas supply is in a cylinder, which is at an acute angle the nozzle chamber wall is arranged. The nozzle chamber mouth and the mouth the gas supply together form the nozzle mouth. The direction of the long The rectangular axis is then the x-axis, and the short rectangular axis is the y-axis in According to the explanations in the previous section.

Für das Laserstrahl-Hybridschweißen ist es vorteilhaft, wenn an Stelle der einfachen Gaszuführung ein kommerziell erhältlicher MIG-Brenner gewählt wird, der austauschbar befestigt wird. Der MIG-Brenner enthält dabei die Gaszuführung, und auch die für das Hybridschweißen erforderliche Schweißelektrode. In diesem Sinne sind Gaszuführung und Schweißelektrode als MIG-Brenner ausgeführt. In die erfindungsgemäße Schweißdüsenanordnung wird der MIG-Brenner eingesetzt.For laser beam hybrid welding, it is advantageous if instead of the simple one Gas supply a commercially available MIG torch is selected that is interchangeable is attached. The MIG torch contains the gas supply, and also that for the Hybrid welding required welding electrode. In this sense, gas supply and welding electrode designed as a MIG torch. In the invention The MIG torch is used for the welding nozzle arrangement.

Um im Bearbeitungsbereich ein Abreißen der Schutzgasströmung zu vermeiden ist es vorteilhaft, wenn das der Bearbeitungstelle zuströmende Gas hauptsächlich durch den Absaugkanal abgeführt wird, und nur zu einem geringen Teil über die Düsenkammer entweicht. Das Wegströmen des Schutzgases durch die Düsenkammer kann jedoch dann verstärkt auftreten, wenn oberhalb der Düsenkammer zum Schutz der Bearbeitungsoptik eine optikabschirmende Querluftströmung vorgesehen ist, ein sogenannter cross-jet. Eine derartige Querluftströmung hat die Aufgabe, die Bearbeitungsoptik gegen Verunreinigungen wie Rauch und Schweißspritzer zu schützen. Um diese Funktion erfüllen zu können, muss der Querluftstrom zum einen möglichst nahe über der Bearbeitungsstelle strömen, und zum anderen hinreichend stark strömen. Typischerweise läßt man für einen derartigen Gasstrom Druckluft mit einem Druck von ca. 4 bis 6 bar unterhalb der Fokussieroptik quer zur Laserstrahlrichtung strömen. Durch den Querluftstrom entsteht jedoch gleichzeitig ein Sog an der Bearbeitungsstelle womit das Schutzgas über die Düsenkammer von der Bearbeitungsstelle abgesaugt wird. Um diesen störenden Effekt zu minimieren, kann in der Düsenkammer mindestens eine Blende vorgesehen sein, welche den Querschnitt der Düsenkammer einengt.In order to prevent the protective gas flow from breaking off in the processing area advantageous if the gas flowing to the processing point mainly through the Suction channel is discharged, and only to a small extent via the nozzle chamber escapes. However, the shielding gas can flow away through the nozzle chamber then occur more intensely if above the nozzle chamber to protect the Processing optics an optic shielding cross air flow is provided so-called cross-jet. Such a cross air flow has the task of Processing optics against contamination such as smoke and welding spatter too protect. In order to be able to fulfill this function, the cross air flow must firstly flow as close as possible over the processing point, and on the other hand sufficiently flow strongly. Typically, compressed air is allowed in for such a gas flow a pressure of approx. 4 to 6 bar below the focusing optics across Flow the laser beam direction. However, the cross air flow creates a simultaneous Suction at the processing point with which the protective gas from the nozzle chamber Processing point is suctioned off. To minimize this disruptive effect, in the nozzle chamber be provided at least one aperture, which has the cross section the nozzle chamber constricts.

Der Querluftstrom wird bei der erfindungsgemäßen Schweißdüsenanordnung zur gezielten Führung des Schutzgases über die Bearbeitungsstelle genutzt. Hierzu wird die Querluftströmung so geführt, dass sie über der der Bearbeitungsstelle abgewandten Öffnung des Absaugkanals strömt. Der damit im Absaugkanal entstehende Unterdruck saugt das Schutzgas über die Bearbeitungsstelle hinweg. In diesem Sinne wirkt die Querluftströmung als Pumpe zur Führung des Schutzgases über die Bearbeitungsstelle. Die Querluftströmung schützt damit zum einen die Bearbeitungsoptik, und gleichzeitig sorgt sie für ein kontrolliertes Strömen bzw. Abführen des Schutzgases über die Bearbeitungsstelle hinweg.The cross air flow is in the welding nozzle arrangement according to the invention used for targeted guidance of the protective gas over the processing point. For this purpose, the cross air flow is guided so that it is above that of the processing point facing away opening of the suction channel flows. The one in the suction channel The resulting negative pressure sucks the protective gas over the processing point. In In this sense, the cross air flow acts as a pump for guiding the protective gas the processing point. The cross air flow thus protects the one hand Processing optics, and at the same time it ensures a controlled flow or discharge of the protective gas over the processing point.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werde nachfolgend anhand der einzigen Zeichung näher erläutert.An embodiment of the invention will now be described with reference to the only one Drawing explained in more detail.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißdüsenanordnung in einem Maßstab von ca. 1 : 1. Mittig befindet sich eine den Laserstrahl (1) umhüllende Düse (2) mit seitlichen Abschlussblechen (14, 16). Der von einer fokussierenden Bearbeitungsoptik (nicht eingezeichnet) kommende Laserstrahl (1) verläuft in Fig. 1 parallel zur z-Achse zur Bearbeitungsstelle (5) des Werkstücks W mit einem abnehmenden Strahldurchmesser, was in Fig. 1 durch die gestrichelte V-förmige Strahlkontur angedeutet ist. Der fokussierte Laserstrahl (1) geht durch die Düsenkammer (3), deren Querschnitt sich in Richtung der Bearbeitungsstelle (5) verjüngt. Die Düsenkammermündung (9) ist rechteckigen Zuschnitts. Seitlich befindet sich die Gaszuführung (4) für die Zuführung eines Schutzgases (6) mit dem Volumenstrom ₁. Es kann ein beliebiges Schutzgas wie zum Beispiel Stickstoff, Argon, Helium oder ein Formiergas (Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch) gewählt werden. Die Gaszuführung (4) ist als MIG-Düse ausgestaltet, d. h. sie weist einen Schweißdraht (11) sowie ein Kontaktrohr (12) auf. Fig. 1 shows in a side view an embodiment of the welding nozzle assembly according to the invention on a scale of about 1: 1. In the center is a the laser beam (1) enclosing the nozzle (2) with lateral end plates (14, 16). The laser beam ( 1 ) coming from a focusing processing optics (not shown) in FIG. 1 runs parallel to the z-axis to the processing point ( 5 ) of the workpiece W with a decreasing beam diameter, which is indicated in FIG. 1 by the dashed V-shaped beam contour is. The focused laser beam ( 1 ) passes through the nozzle chamber ( 3 ), the cross section of which tapers in the direction of the processing point ( 5 ). The nozzle chamber mouth ( 9 ) has a rectangular cut. The gas supply ( 4 ) for supplying a protective gas ( 6 ) with the volume flow _{1 is located on the side} . Any protective gas such as nitrogen, argon, helium or a forming gas (nitrogen-hydrogen mixture) can be selected. The gas supply ( 4 ) is designed as a MIG nozzle, ie it has a welding wire ( 11 ) and a contact tube ( 12 ).

Die Gaszuführung (4) ist zylindersymmetrisch ausgeführt und leitet das Gas zur Bearbeitungsstelle (5), welche in der x-y-Ebene liegt. Bei einer Projektion der Gaszuführung auf die x-y- bzw. Werkstückebene liegt die Zylinderachse in x-Richtung. Das zuströmende Schutzgas strömt dann in der Bearbeitungsebene entlang der x- Achse.The gas supply ( 4 ) is designed to be cylindrically symmetrical and guides the gas to the processing point ( 5 ), which lies in the xy plane. When the gas supply is projected onto the xy or workpiece plane, the cylinder axis lies in the x direction. The protective gas flowing in then flows in the working plane along the x-axis.

Die Mündung der Gaszuführung (4) und die Düsenkammermündung (9) vereinigen sich zur Düsenmündung (10). Auf der der Gaszuführung (4) abgewandten Seite der Düsenkammer (3) befindet sich ein Anschlussblech (13), welches mit dem Trennblech (14) der Düse (2) einen Absaugkanal (15) bildet. Das der Bearbeitungsstelle (5) zugewandte Ende des Trennblechs (14) ist in Richtung der Bearbeitungsstelle (5) abgewinkelt, um das Entstehen von Wirbeln an der Absaugseite des Absaugkanals (15) bzw. im Bereich der Bearbeitungstelle (5) zu verhindern. Aus dem gleichen Grund ist das der Bearbeitungsstelle zugewandte Ende des Anschlussbleches (16) zum MIG- Brenner in Richtung der Düsenmündungsmitte abgewinkelt.The mouth of the gas supply ( 4 ) and the nozzle chamber mouth ( 9 ) combine to form the nozzle mouth ( 10 ). On the side of the nozzle chamber ( 3 ) facing away from the gas supply ( 4 ) there is a connecting plate ( 13 ) which forms a suction channel ( 15 ) with the separating plate ( 14 ) of the nozzle ( 2 ). The machining point (5) facing the end of the separating plate (14) is angled in the direction of the machining point (5) to prevent the formation of vortices on the suction of the suction duct (15) or in the region of the machining point (5). For the same reason, the end of the connection plate ( 16 ) facing the machining point is angled towards the MIG torch in the direction of the center of the nozzle.

Über der der Düsenmündung (10) abgewandten Seite des Absaugkanals (15) strömt eine Querluftströmung (17) in einem Abstand h von der Öffnung S. Die Querluftströmung (17) schützt die Bearbeitungsoptik vor Verunreinigungen durch den Schweißprozess. Ein Luftleitblech (18) verhindert dabei das Entstehen von Wirbeln im Ansaugbereich, womit dort ein zeitlich konstanter Druck p₁ gewährleistet wird. Um die Sogwirkung der Querluftströmung (17) innerhalb der Düsenkammer (3) zu minimieren, befinden sich in der Düsenkammer (3) zwei Blenden (19, 19'). Durch die Wahl dieser beiden Blenden (19, 19'), durch einen geeigneten vertikalen Abstand B der Saugkanalöffnung S über der äußeren Blende (19'), und auch durch einen geeigneten Abstand h des cross-jets über der Öffnung S wird sichergestellt, dass der Druckunterschied (p₄ - p₅) zwischen den beiden Seiten der Düsenkammer (3), und damit der von der Querluftströmung (17) unkontrolliert angesaugte Volumenstrom ₂ minimal ausfällt. Das der Bearbeitungsstelle (5) zuströmende Schutzgas (6) strömt dabei in der Bearbeitungsebene weitgehend entlang der x-Achse zum Mündungsbereich des Absaugkanals (15). Die Bearbeitungsstelle (5) wird dabei laminar von Schutzgas über- bzw. umströmt und so effektiv vor der Raumluft abgeschirmt. Das Schutzgas (6) wird kontrolliert abgesaugt, d. h. über den Absaugkanal (15) in dessen Mündungsbereich ein Druck p₂ vorliegt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Druck p₂ etwas kleiner ist als der Druck im Bearbeitungsbereich. Über eine Variation der Höhe h sowie der Stärke der Querluftströmung (17) kann der Druck p₁, und darüber auch der Unterdruck p₂ eingestellt werden, mit der über den Absaugkanal (15) Schutzgas angesaugt und abgeführt wird. A cross air flow ( 17 ) flows at a distance h from the opening S over the side of the suction channel ( 15 ) facing away from the nozzle mouth ( 10 ). The cross air flow ( 17 ) protects the processing optics from contamination by the welding process. An air baffle ( 18 ) prevents the formation of vortices in the intake area, which ensures a pressure p _{1 that} is constant over time. In order to minimize the suction effect of the cross air flow ( 17 ) inside the nozzle chamber ( 3 ), there are two orifices ( 19 , 19 ') in the nozzle chamber ( 3 ). The choice of these two screens ( 19 , 19 '), a suitable vertical distance B of the suction channel opening S above the outer screen ( 19 '), and also a suitable distance h of the cross-jet above the opening S ensure that the pressure difference (p ₄ - p ₅ ) between the two sides of the nozzle chamber ( 3 ), and thus the volume flow ₂ sucked in uncontrollably by the cross-air flow ( 17 ), is minimal. The protective gas ( 6 ) flowing to the processing point ( 5 ) flows in the processing plane largely along the x-axis to the mouth area of the suction channel ( 15 ). The processing point ( 5 ) is laminarly flowed over or around by protective gas and thus effectively shielded from the ambient air. The protective gas ( 6 ) is sucked off in a controlled manner, ie a pressure p ₂ is present in the mouth area via the suction channel ( 15 ). It is advantageous if the pressure p _{2 is} slightly less than the pressure in the processing area. By varying the height h and the strength of the cross-air flow ( 17 ), the pressure p ₁ , and above that also the negative pressure p ₂ , can be set, with which protective gas is drawn in and discharged via the suction channel ( 15 ).

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Laserstrahl
laser beam

22

Düse
jet

33

Düsenkammer
nozzle chamber

44

Gaszuführung
gas supply

55

Bearbeitungsstelle
processing site

66

Schutzgas
protective gas

77

cross-jet
cross-jet

88th

Luftleitblech
Air baffle

99

Düsenkammermündung
Nozzle chamber mouth

1010

Düsenmündung
nozzle orifice

1111

Schweißdraht
welding wire

1212

Kontaktrohr
contact tube

1313

Anschlussblech
Flashing

1414

Trennblech
Divider

1515

Saugkanal
suction

1616

Anschlussblech
Flashing

1717

Querluftströmung
Cross airflow

1818

Luftleitblech
Air baffle

1919

, .

1919

' Düsenkammerblende
W Werkstück
₁ '' Nozzle chamber cover
W workpiece
₁

Volumenstrom des der Bearbeitungsstelle zuströmenden Schutzgases
₂ Volume flow of the protective gas flowing to the processing point
₂

Volumenstrom des von der Querluftströmung unkontrolliert angesaugten Schutzgases
₃ Volume flow of the protective gas drawn in uncontrolled by the cross air flow
₃

Volumenstrom des durch den Absaugkanal hindurch abgesaugten Schutzgases
₄ Volume flow of the protective gas drawn through the suction channel
₄

Überschuss-Volumenstrom, der innerhalb der Bearbeitungsebene seitlich entweicht
Excess volume flow that escapes laterally within the processing level

Claims

1. welding nozzle arrangement, with a laser beam ( 1 ) enveloping nozzle ( 2 ), in which the nozzle ( 2 ) has a nozzle chamber ( 3 ), with a gas supply ( 4 ) which supplies the processing point ( 5 ) with a protective gas ( 6 ) , characterized in that a transverse air flow ( 17 ) which is guided over the laser beam entry side of the nozzle arrangement is provided for guiding the protective gas ( 6 ) over the processing point ( 5 ).

2. Welding nozzle arrangement according to claim 1, characterized in that a welding electrode ( 11 ) is provided in the gas supply ( 4 ).

3. Welding nozzle arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that gas supply ( 4 ) and welding electrode ( 11 ) are designed as MIG torches.

4. Welding nozzle arrangement according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that in the nozzle chamber ( 3 ) at least one aperture ( 19 , 19 ') is provided.

5. A method for welding workpieces with laser radiation, in which a protective gas ( 6 ) is fed to the processing point ( 5 ), and in which the protective gas ( 6 ) is guided through the processing point ( 5 ) by suction, characterized in that Sucking off the protective gas ( 6 ) allows a cross air flow ( 17 ) to flow past the laser beam entry side of the nozzle arrangement.

6. The method according to claim 5, characterized in that the cross air flow ( 17 ) is used as a pump for guiding the protective gas ( 6 ).

7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that simultaneously with one Laser and a welding electrode is worked.