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DE102019006647A1 - Inert gas nozzle for laser processing and methods for laser processing - Google Patents

Inert gas nozzle for laser processing and methods for laser processing Download PDF

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DE102019006647A1
DE102019006647A1 DE102019006647.2A DE102019006647A DE102019006647A1 DE 102019006647 A1 DE102019006647 A1 DE 102019006647A1 DE 102019006647 A DE102019006647 A DE 102019006647A DE 102019006647 A1 DE102019006647 A1 DE 102019006647A1
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DE
Germany
Prior art keywords
nozzle
gas
gas flow
laser
protective gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019006647.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Otto Radau
Ralf Risters
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RJ Lasertechnik GmbH
Original Assignee
RJ Lasertechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RJ Lasertechnik GmbH filed Critical RJ Lasertechnik GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzgasdüse zu Laserbearbeitung von Werkstücken mit einer Düse zum Zuführen eines Aktivgases und einem Laser zum Erwärmen eines Werkstücks an einem Punkt, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Spaltdüse zur Erzeugung eines um den Stahl rotierenden Gasstroms aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laserbearbeiten von Werkstücken, bei dem das Werkstück mit dem Laser an einem Punkt erwärmt wird.The invention relates to a protective gas nozzle for laser processing of workpieces with a nozzle for supplying an active gas and a laser for heating a workpiece at one point, characterized in that it has a first slot nozzle for generating a gas flow rotating around the steel. The invention also relates to a method for laser machining workpieces, in which the workpiece is heated at one point with the laser.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzgasdüse zur Laserbearbeitung von Werkstücken mit einer Düse zum Zuführen eines Aktivgases und einem Laser zum Erwärmen eines Werkstücks dessen Strahl durch die Düse verläuft. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laserbearbeiten von Werkstücken, bei dem das Werkstück mit einem Laserstrahl an einem Punkt erwärmt wird.The invention relates to a protective gas nozzle for laser processing of workpieces with a nozzle for supplying an active gas and a laser for heating a workpiece, the beam of which runs through the nozzle. The invention also relates to a method for laser machining workpieces, in which the workpiece is heated at one point with a laser beam.

Die Erfindung betrifft ganz allgemein eine Schutzgasdüse zum Schweißen. Hierbei geht es um die Zuführung von Gasströmen während des Laserschweißens. Dies betrifft als Einsatzbereich Schweißungen, die unter Sauerstoffabschluss mit einem Laserstrahl erzeugt werden. Bisher können insbesondere modulierte Schweißungen unter Schutzgasatmosphäre zuverlässig nur in einer Richtung erzeugt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, auch mehrdirektional arbeiten zu können und dies insbesondere mit hohen Prozessgeschwindigkeiten.The invention relates generally to a shielding gas nozzle for welding. This is about the supply of gas streams during laser welding. This applies to welds that are produced with a laser beam in the absence of oxygen. So far, modulated welds in particular can only be reliably produced in one direction under a protective gas atmosphere. The invention is based on the object of being able to work in multiple directions and in particular at high process speeds.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einer gattungsgemäßen Schutzgasdüse gelöst, die eine Spaltdüse zur Erzeugung eines um den Strahl rotierenden Gasstroms aufweist.The object on which the invention is based is achieved with a generic protective gas nozzle which has a slot nozzle for generating a gas flow rotating around the jet.

Eine derartige Spaltdüse kann einen dynamisch strömenden, rotierenden Schutzgasstrom auf dem Werkstück erzeugen. Damit kann die Schmelze vor unkontrolliertem Gaseintrag aus der Umgebung geschützt werden. Außerdem können mit dem Schutzgasstrom Prozessrückstände, wie Rauch und Dämpfe, entfernt werden. Diese werden dynamisch aus dem Schmelzbereich und/oder aus dem Wirkbereich des Laserstrahls entfernt.Such a slot nozzle can generate a dynamically flowing, rotating shielding gas stream on the workpiece. In this way, the melt can be protected from uncontrolled entry of gas from the environment. In addition, process residues such as smoke and vapors can be removed with the shielding gas flow. These are dynamically removed from the melting area and / or from the effective area of the laser beam.

Die erfindungsgemäße Düse ermöglicht bedingt durch den schnell rotierenden Gasstrom hohe Vorschubgeschwindigkeit und wechselnde Schweißrichtungen, bei gleichbleibender Schweißqualität.Due to the rapidly rotating gas stream, the nozzle according to the invention enables high feed speeds and changing welding directions while maintaining the same welding quality.

Eine derartige Düse erlaubt auch das Mischen von mehreren Medien, insbesondere Gasen zur Beeinflussung der Schmelze. Sie eignet sich darüber hinaus für unterschiedliche Laserleistungen in kontinuierlicher oder gepulst modulierter Betriebsart.Such a nozzle also allows the mixing of several media, in particular gases for influencing the melt. It is also suitable for different laser powers in continuous or pulsed modulated mode.

Der schnell rotierende Gasstrom kann zum Laserschweißen und auch zum Laserschneiden verwendet werden. Beim Laserschneiden führt er zu einer besseren Schneidoberfläche mit weniger Riefen und geringerer Gratbildung an der Werkstückunterseite.The rapidly rotating gas flow can be used for laser welding and also for laser cutting. When laser cutting, it leads to a better cutting surface with fewer grooves and less burr formation on the underside of the workpiece.

Eine Luftzuführung unterstützt Schneidprozesse, die keine hohe kinetische Gasenergie benötigen, sondern in definierter Atmosphäre ablaufen und auf eine gute Abreinigung der Schneidprozessrückstände angewiesen sind. Als Düse für eine Luftzuführung eignet sich die erfindungsgemäße Düse, beispielsweise für das Schneiden von thermoplastischen Kunststoffen, technischen Keramiken und allen Trennprozessen mit hohem Sublimationanteil.An air supply supports cutting processes that do not require high kinetic gas energy, but run in a defined atmosphere and rely on good cleaning of the cutting process residues. The nozzle according to the invention is suitable as a nozzle for an air supply, for example for cutting thermoplastics, technical ceramics and all separation processes with a high proportion of sublimation.

Durch den Aufbau der Schutzgasdüse als Spaltdüse wird nur ein geringer Anteil des hochwertigen Aktivgases benötigt. Herkömmliche Verfahren verbrauchen bei gleichen Schweißergebnissen deutlich mehr Aktivgas. Daher ermöglicht die erfindungsgemäße Düse weit wirtschaftlichere Bearbeitungsprozesse.Due to the construction of the protective gas nozzle as a slit nozzle, only a small proportion of the high-quality active gas is required. Conventional processes consume significantly more active gas with the same welding results. The nozzle according to the invention therefore enables far more economical machining processes.

Die Düse ermöglicht eine schnelle Gasabschirmung, die auch bei hohen Schweißgeschwindigkeiten eine Schutzgasatmosphäre sicherstellt. Herkömmliche langsame Ausströmgeschwindigkeiten von Schutzgas aus Rohren reißen bei der Bewegung und bei einer Änderung der Schweißrichtung schnell ab. Die erfindungsgemäße Düse eignet sich daher besonders für schnelle Schweißprozesse, Schweißprozesse, die nicht gradlinig ablaufen und Schweißprozesse mit besonders sensiblen Materialien, wie beispielsweise Titanschweißungen.The nozzle enables rapid gas shielding, which ensures a protective gas atmosphere even at high welding speeds. Conventional, slow outflow speeds of shielding gas from pipes tear off quickly during movement and when the welding direction is changed. The nozzle according to the invention is therefore particularly suitable for fast welding processes, welding processes that do not proceed in a straight line and welding processes with particularly sensitive materials, such as, for example, titanium welds.

Die erfindungsgemäße Düse ist vorzugsweise eine aerodynamische Düse mit zirkulierendem Gasstrahl und zentrischem Gasaustritt in beide Richtungen, das heißt sowohl in Richtung der Werkstückoberseite als auch in Richtung des durchtretenden, konzentrischen Laserstrahls.The nozzle according to the invention is preferably an aerodynamic nozzle with a circulating gas jet and a centric gas outlet in both directions, that is, both in the direction of the upper side of the workpiece and in the direction of the concentric laser beam passing through.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Spaltdüse einen Sensor für eine Abstandsregelung oder eine Kollisionsüberwachung aufweist. Dieser Sensor kann für eine Fokuslagen-Abstandsregelung verwendet werden. Er kann jedoch auch als Sensor zur Kollisionsüberwachung eingesetzt werden.An advantageous embodiment provides that the slot nozzle has a sensor for distance regulation or collision monitoring. This sensor can be used for a focus position distance control. However, it can also be used as a sensor for collision monitoring.

Der Laserstrahl kann mit Strahlbearbeitungsoptiken, wie beispielsweise Linsen oder durch Ablenkspiegel fokussiert und ausgerichtet werden.The laser beam can be focused and aligned with beam processing optics such as lenses or with deflecting mirrors.

Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass die Schutzgasdüse zusätzlich eine zweite Spaltdüse, zur Erzeugung eines um den Strahl rotierenden Gasstroms aufweist.One embodiment variant provides that the protective gas nozzle additionally has a second slit nozzle for generating a gas flow rotating around the jet.

Um an der Schutzgasdüse die zu erwartende Injektorwirkung, ein Ansaugen von Luft durch die Hohldüse, zu vermeiden, kann durch die zweite Spaltdüse ein Gegendruck entgegen der Ausströmrichtung der Schutzgasdüse erzeugt werden. Diese ebenfalls rotierende Sperrluft kann in Menge und Gasart frei gewählt und eingestellt werden.In order to avoid the expected injector effect at the protective gas nozzle, ie air being sucked in through the hollow nozzle, a counter pressure can be generated by the second slot nozzle against the outflow direction of the protective gas nozzle. This sealing air, which also rotates, can be freely selected and adjusted in terms of quantity and type of gas.

Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass die Schutzgasdüse eine dritte Düse zur Erzeugung eines Gasstroms aufweist. Diese Absaugdüse kann den von Gasen, Rauchen und Dämpfen verunreinigten Schutzgasstrom ortsnah am Gasaustritt der Schutzgasdüse aufnehmen. Dadurch wird eine Verunreinigung des Arbeitsraums oder des Werkstücks vermieden. Die Atemluft der Anlagenbediener wird von giftigen und krebserregenden Stoffen freigehalten. Außerdem wird auch vermieden, dass die Schweißoptik durch Schweißrauche oder Schweißspritzer verunreinigt wird. In der Regel kann dadurch auf einen Crossjet zum Schutz der Laseroptik verzichtet werden. Somit entsteht kein zusätzlicher Druckluftverbrauch und es entstehen weder Verwirbelungen noch Lärmbelastungen im Arbeitsraum. Eine derartige Düse eignet sich somit insbesondere für Reinraumanwendungen oder Bereiche mit hohen Anforderungen an die Arbeitsbedingungen.In a further development, it is proposed that the protective gas nozzle have a third nozzle for generating a Has gas stream. This suction nozzle can absorb the shielding gas stream contaminated by gases, smoke and vapors close to the gas outlet of the shielding gas nozzle. This avoids contamination of the work space or the workpiece. The breathing air of the system operators is kept free of toxic and carcinogenic substances. It also prevents the welding optics from being contaminated by welding fumes or welding spatter. As a rule, there is no need for a crossjet to protect the laser optics. This means that there is no additional consumption of compressed air and there are neither turbulences nor noise pollution in the work area. Such a nozzle is therefore particularly suitable for clean room applications or areas with high demands on the working conditions.

Die einzelnen Düsen können mit unterschiedlichen Gasen sowohl blasend als auch saugend beaufschlagt werden. Vorteilhaft ist es, wenn die Schutzgasdüse zusätzlich eine Zuführung für flüssige oder feste Zusätze aufweist. Dadurch wird eine gezielte Einbringung von weiteren Medien gasförmig, flüssig oder fest in das Zentrum des Gasstroms erreicht. Dadurch kann gezielt auf die Schmelze eingewirkt werden.The individual nozzles can be charged with different gases, both blowing and sucking. It is advantageous if the protective gas nozzle also has a feed for liquid or solid additives. As a result, a targeted introduction of further media in gaseous, liquid or solid form into the center of the gas flow is achieved. This allows targeted action on the melt.

Neben dem eigentlichen Schutzgas kann beispielsweise ein weiteres Aktivgas (Wasserstoff etc.) beigemischt werden, um die Schweißeigenschaften, die Schweißgeschwindigkeit, die Schweißtiefe, die Schweißnahtform und/oder die Oberflächenspannung zu beeinflussen.In addition to the actual shielding gas, another active gas (hydrogen, etc.) can be added to influence the welding properties, the welding speed, the welding depth, the weld seam shape and / or the surface tension.

Es können aber auch Legierungszusätze flüssig oder fest dem Schutzgas beigemengt werden, die die Schweißnaht auflegieren oder sich als Nutzschichten aufbauen.However, alloy additives, liquid or solid, can also be added to the protective gas, which alloy the weld seam or build up as wear layers.

Verfahrensmäßig wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit einem gattungsgemäßen Verfahren gelöst, bei dem gleichzeitig mit der Erwärmung des Werkstücks mit dem Laserstrahl an einem Punkt eine um diesen Laserstrahl rotierende Gasströmung erzeugt wird.In terms of method, the object on which the invention is based is achieved with a generic method in which a gas flow rotating around this laser beam is generated at one point at the same time as the workpiece is heated with the laser beam.

Dieser Gasströmung kann auch ein gasförmiges, flüssiges oder festes Medium zugegeben werden.A gaseous, liquid or solid medium can also be added to this gas flow.

Vorteilhaft ist es, wenn um den Laserstrahl eine zweite rotierende Gasströmung als Sperrgas erzeugt wird, um einen Gegendruck gegen die Ausströmung von Schutzgas zu erzeugen. Die zweite rotierende Gasströmung kann zur ersten Gasströmung gegengerichtet rotierend sein. Sie kann auch dazu dienen, einen Unterdruck in der Düse auszugleichen. Dabei kann die Gasstömung eine Sogwirkung zur Umgebungsluft verhindern und helfen, Staubpartikel zwischen Schutzgasdüse und der Optik des Laserstrahls zu vermeiden.It is advantageous if a second rotating gas flow is generated as sealing gas around the laser beam in order to generate a counter pressure against the outflow of protective gas. The second rotating gas flow can rotate in the opposite direction to the first gas flow. It can also be used to compensate for a negative pressure in the nozzle. The gas flow can prevent a suction effect to the ambient air and help to avoid dust particles between the shielding gas nozzle and the optics of the laser beam.

Letztlich kann über eine Absaugdüse verunreinigtes Schutzgas abgesaugt werden.Ultimately, contaminated protective gas can be extracted via an extraction nozzle.

Bei einem Ausführungsbeispiel werden zwei Gase zum Werkstück geleitet: ein inertes Gas, wie beispielsweise Argon dient der Erzeugung eines geschlossenen Schutzgaskegels und ein Aktivgas, wie beispielsweise Wasserstoff, dient der Beeinflussung der Schmelze.In one embodiment, two gases are fed to the workpiece: an inert gas such as argon is used to generate a closed protective gas cone and an active gas such as hydrogen is used to influence the melt.

Vom Werkstück abgewandt kann eine dritte Gaszufuhr, beispielsweise ebenfalls mit Argon, dazu dienen, das Nachströmen von dem Bearbeitungsbereich umgebenden Luftsauerstoff durch eine Injektorwirkung zu verhindern.Facing away from the workpiece, a third gas supply, for example also with argon, can be used to prevent the flow of oxygen from the air surrounding the machining area by means of an injector effect.

Ein wichtiger Einsatzbereich sind Schweißungen, die unter Sauerstoffabschluss mit einem Laserstrahl erzeugt werden müssen. Dabei kann ein Laserscanner zur Modulation des Laserstrahls innerhalb dieser Schutzgasdüse genutzt werden, um sehr homogene Schweißungen zu erreichen.An important area of application is welds that have to be produced with a laser beam in the absence of oxygen. A laser scanner can be used to modulate the laser beam inside this shielding gas nozzle in order to achieve very homogeneous welds.

Die Düsenspitze kann als Sensor für eine Abstandssensorik beim Schweißen genutzt werden.The nozzle tip can be used as a sensor for a distance sensor system during welding.

Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in den 1 bis 10 gezeigt und die 11 bis 16 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schutzgasdüse.A first embodiment is shown in 1 to 10 shown and the 11 to 16 show a further embodiment of a protective gas nozzle.

Es zeigt

  • 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Beispiels einer Schutzgasdüse,
  • 2 eine Draufsicht auf die Schutzgasdüse nach 1,
  • 3 eine erste Seitenansicht der Schutzgasdüse nach 1,
  • 4 eine zweite Seitenansicht der Schutzgasdüse nach 1,
  • 5 einen Schnitt durch eine Schutzgasdüse nach 1,
  • 6 den Ort des in 5 gezeigten Schnitts,
  • 7 einen weiteren Schnitt durch die in 1 gezeigte Schutzgasdüse,
  • 8 die Schnittlinie für den in 7 gezeigten Schnitt,
  • 9 einen dritten Schnitt durch die Schutzgasdüse,
  • 10 den Ort des in 9 gezeigten Details,
  • 11 eine erste Ansicht einer weiteren Schutzgasdüse,
  • 12 einen Schnitt zur ersten Ansicht,
  • 13 eine zweite Ansicht der in 11 gezeigten Schutzgasdüse,
  • 14 einen Schnitt zur der in 13 gezeigten Ansicht,
  • 15 eine dritte Ansicht der in 11 gezeigten Schutzgasdüse,
  • 16 einen Schnitt zu der in 15 gezeigten Ansicht,
  • 17 den Schutzgasstrom in der weiteren Schutzgasdüse,
  • 18 die Aktivgaszuleitung in der weiteren Schutzgasdüse und
  • 19 eine Gegenströmung in der weiteren Schutzgasdüse.
It shows
  • 1 a perspective view of a first example of a protective gas nozzle,
  • 2 a plan view of the protective gas nozzle according to 1 ,
  • 3rd a first side view of the protective gas nozzle according to 1 ,
  • 4th a second side view of the protective gas nozzle according to 1 ,
  • 5 a section through a protective gas nozzle 1 ,
  • 6th the location of the in 5 shown pattern,
  • 7th another section through the in 1 shielding gas nozzle shown,
  • 8th the cutting line for the in 7th shown cut,
  • 9 a third cut through the shielding gas nozzle,
  • 10 the location of the in 9 shown details,
  • 11 a first view of another protective gas nozzle,
  • 12th a section to the first view,
  • 13th a second view of the in 11 shielding gas nozzle shown,
  • 14th a cut to the in 13th view shown,
  • 15th a third view of the in 11 shielding gas nozzle shown,
  • 16 a cut to the in 15th view shown,
  • 17th the shielding gas flow in the other shielding gas nozzle,
  • 18th the active gas supply line in the further protective gas nozzle and
  • 19th a counter flow in the further protective gas nozzle.

Bei der in den 1 bis 10 gezeigten Düse ist in der 5 die Aktivgaszuleitung gezeigt, die 7 zeigt eine Schutzgaszuführung und die 9 zeigt eine Zuleitung für eine Gegenströmung. Die 17 bis 19 zeigen entsprechend Zuleitungen für einen Schutzgasstrom, Aktivgas und eine Gegenströmung.In the case of the 1 to 10 The nozzle shown is in the 5 the active gas supply line shown, the 7th shows a protective gas supply and the 9 shows a feed line for a counterflow. The 17th to 19th accordingly show feed lines for a protective gas flow, active gas and a counter flow.

Der über eine Optik gelenkte Laserstrahl ist in den Figuren nicht eingezeichnet. Er verläuft beispielsweise in 5, 12 und 16 von oben nach unten konzentrisch zur Düse.The laser beam directed via optics is not shown in the figures. For example, it runs in 5 , 12th and 16 from top to bottom concentric to the nozzle.

In der Praxis wird bei der Absaugung das Schutzgasgemisch nach dem Ausströmen so gut es geht von der umgebenden Absaugdüse wieder aufgenommen und zusammen mit entstehendem Schweißrauch abgesaugt.In practice, the protective gas mixture is absorbed by the surrounding suction nozzle as well as possible after it has been discharged and is extracted together with the welding smoke that is produced.

Die 17 zeigt den eigentlichen Schutzgasstrom, der rotierend aus der Schutzgasdüse austritt und sich kreisförmig um die Schweißstelle im Zentrum bewegt. Die Umgebungsluft wird ferngehalten, so dass keine Oxidation an der Fügestelle stattfinden kann.The 17th shows the actual flow of shielding gas, which emerges rotating from the shielding gas nozzle and moves in a circle around the welding point in the center. The ambient air is kept away so that no oxidation can take place at the joint.

Die 18 zeigt den zugemischten Aktivgasstrom, z.B. von Wasserstoff, um direkten Einfluss auf die Schweißnaht und die Schmelze zu nehmen. So führt Wasserstoff zu höheren Temperaturen im Schweißbad und ermöglicht auch höhere Schweißgeschwindigkeiten.The 18th shows the added active gas flow, e.g. of hydrogen, in order to have a direct influence on the weld seam and the melt. Hydrogen leads to higher temperatures in the weld pool and also enables higher welding speeds.

Die 19 zeigt die Gegenströmung in Richtung Schutzgas und der Bearbeitungsoptik. Diese Strömung gleicht in der Düse den Unterdruck aus und verhindert zum einen die Sogwirkung zur Umgebungsluft. Sie sorgt auch für die Entfernung feiner Staubpartikel zwischen Optik und Schutzgasdüse.The 19th shows the counterflow in the direction of the protective gas and the processing optics. This flow compensates for the negative pressure in the nozzle and, on the one hand, prevents the suction effect to the ambient air. It also ensures the removal of fine dust particles between the optics and the shielding gas nozzle.

Die Staubpartikel (auch in geringem Maße) absorbieren die Laserstrahlung und würden das Schweißergebnis negativ beeinflussen.The dust particles (even to a small extent) absorb the laser radiation and would have a negative effect on the welding result.

Die hohe Ausström- und Rotationsgeschwindigkeit des Schutzgases erlaubt hohe Schweißgeschwindigkeiten unter geschützter Atmosphäre in allen Richtungen der Schweißebene.The high outflow and rotation speed of the shielding gas allows high welding speeds in a protected atmosphere in all directions of the welding plane.

Die zu erwartenden Vorschübe im Bereich von mehreren mtr./min sind mit konventioneller Gasführung nur in einer Bewegungsrichtung stabil herstellbar (z.B. bei Längsnähte an Rohren).The anticipated feed rates in the range of several mtr./min can only be produced stably in one direction of movement with conventional gas guidance (e.g. with longitudinal seams on pipes).

Die neue Schutzgasdüse erlaubt dagegen flächige Schweißungen mit sehr hohen Schweißgeschwindigkeiten.The new shielding gas nozzle, on the other hand, allows flat welds at very high welding speeds.

Der Laserscanner übernimmt dabei die Mikrobewegungen zur Modulation des Laserstrahls beim Schweißen, eine übergeordnete CNC Steuerung bewegt per Linearachsen Werkstück oder Optiksystem mit der gewählten Schweißvorschubgeschwindigkeit. The laser scanner takes over the micro-movements for modulating the laser beam during welding, a higher-level CNC control moves the workpiece or optical system with the selected welding feed rate via linear axes.

Somit wird durch die neue Düse das unidirektionale Schweißen unter Schutzgasatmosphäre möglich.The new nozzle enables unidirectional welding in a protective gas atmosphere.

Bei der Modulation des Lasers werden zwei Ansätze unterschieden:

  • Die Mikromodulation steht für eine Auslenkung des Laserstrahls im Bereich weniger 1/10 mm als direkte Beeinflussung der Schweißnaht. Hier wird z.B. durch Kreisen oder Pendeln oder beliebiger Figuren die Ausbildung der Schweißnaht in Breite und Tiefe geformt. Sinn ist die gezielte Ausgasung der Naht, Spaltüberbrückung, Rissvermeidung und Temperaturführung.
There are two different approaches to modulating the laser:
  • Micromodulation stands for a deflection of the laser beam in the range of less than 1/10 mm as a direct influence on the weld seam. The width and depth of the weld seam is formed here, for example, by circling or pendulum or arbitrary figures. The purpose is the targeted outgassing of the seam, gap bridging, crack avoidance and temperature control.

Die Makromodulation steht für die Auslenkungen, um die schnellen Bewegungen zur Schweißnahtverfolgung durch die CNC Steuerung auszugleichen. Dabei wird die Schweißbahnkontur per CNC Achsen nachgefahren und sehr enge Ecken werden vom Scanner übernommen, während die CNC-Achsen Radien ausführen und so harte Beschleunigungen vermeiden.Macromodulation stands for the deflections in order to compensate for the fast movements for welding seam tracking by the CNC control. The welding path contour is followed by CNC axes and very tight corners are taken over by the scanner, while the CNC axes create radii and thus avoid hard accelerations.

Dabei spielt es keine Rolle, ob das Werkstück oder der Scanner durch die CNC Achsen bewegt wird.It does not matter whether the workpiece or the scanner is moved by the CNC axes.

Der Sensor und die Werkstückoberfläche bilden einen elektrischen Kondensator. Dies ermöglicht es, den Abstand über die gemessene Kapazität zu regeln. Dabei wird das gemessene Abstandssignal an eine Linearachse übergeben und diese Zusatzachse verfährt den gesamten Aufbau aus Laserscanner, Gasdüse und Absaugsdüse relativ zur Werkstückoberfläche.The sensor and the workpiece surface form an electrical capacitor. This makes it possible to regulate the distance via the measured capacitance. The measured distance signal is transferred to a linear axis and this additional axis moves the entire structure of the laser scanner, gas nozzle and suction nozzle relative to the workpiece surface.

Als Sensor können unterschiedliche Teile der Düse verwendet werden, die metallisch oder elektrisch leitend sind.Different parts of the nozzle that are metallic or electrically conductive can be used as the sensor.

Nimmt man die äußere Absaugdüse, hat man einen großen Sensordurchmesser und muss entsprechend weich und gedämpft regeln. Nimmt man die innere Schutzgasdüsenspitze, kann man näher am Laserstrahl regeln und feiner ausgleichen.If you take the outer suction nozzle, you have a large sensor diameter and have to regulate accordingly softly and dampened. If you take the inner shielding gas nozzle tip, you can regulate closer to the laser beam and compensate more finely.

Claims (9)

Schutzgasdüse (1) zur Laserbearbeitung von Werkstücken mit einer Düse zum Zuführen eines Aktivgases und einem Laser zum Erwärmen eines Werkstücks, dessen Strahl durch die Düse verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Spaltdüse zur Erzeugung eines um den Strahl rotierenden Gasstroms aufweist.Protective gas nozzle (1) for laser processing of workpieces with a nozzle for supplying an active gas and a laser for heating a workpiece, the beam of which passes through the nozzle, characterized in that it has a first slot nozzle for generating a gas flow rotating around the beam. Schutzgasdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sensor für eine Abstandsregelung oder eine Kollisionsüberwachung aufweist.Shielding gas nozzle after Claim 1 , characterized in that it has a sensor for distance control or collision monitoring. Schutzgasdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Spaltdüse zur Erzeugung eines um den Strahl rotierenden Gasstroms (oder Abgastroms) aufweist.Shielding gas nozzle after Claim 1 or 2 , characterized in that it has a second slotted nozzle for generating a gas flow (or exhaust gas flow) rotating around the jet. Schutzgasdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine dritte Düse zur Erzeugung eines Gasstroms aufweist.Protective gas nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that it has a third nozzle for generating a gas flow. Schutzgasdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zuführung für flüssige oder feste Zusätze aufweist.Protective gas nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that it has a feed for liquid or solid additives. Verfahren zum Laserbearbeiten von Werkstücken, bei dem das Werkstück mit dem Laserstrahl an einem Punkt erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig eine um diesen Strahl rotierende Gasströmung erzeugt wird.Method for laser processing of workpieces, in which the workpiece is heated with the laser beam at one point, characterized in that a gas flow rotating around this beam is generated at the same time. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasströmung ein gasförmiges, flüssiges oder festes Medium zugegeben wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that a gaseous, liquid or solid medium is added to the gas flow. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass um den Strahl eine zweite rotierende Gasströmung erzeugt wird, um einen Unterdruck auszugleichen und vorzugsweise einen Gegendruck gegen die Ausströmung von Schutzgas zu erzeugen.Procedure according to Claim 6 or 7th , characterized in that a second rotating gas flow is generated around the jet in order to compensate for a negative pressure and preferably to generate a counter pressure against the outflow of protective gas. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Absaugdüse verunreinigtes Schutzgas abgesaugt wird.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that contaminated protective gas is sucked off via a suction nozzle.
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