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Die Erfindung betrifft eine Laserschweißvorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
DE 10 2016 118 189 A1 beschrieben, ein Verfahren und eine Laserbearbeitungsmaschine zum Laserschweißen eines ersten und eines zweiten Werkstückabschnitts bekannt. Das Laserschweißen erfolgt mittels eines Laserstrahls, der mit einem Laserbearbeitungskopf entlang eines zwischen den Werkstückabschnitten gebildeten Fügespalts geführt wird. Der Laserstrahl wird mit einer Bearbeitungsoptik fokussiert. Ein Zusatzwerkstoff wird mit einer Zuführeinrichtung zum Fügespalt ausgerichtet. Eine Spaltbreite des Fügespaltes der zu verschweißenden Werkstückabschnitte wird erfasst. Die erfasste Spaltbreite entlang des Verlaufs des Fügespaltes wird ausgewertet und mit zumindest einem ersten und einem zweiten Spaltmaß verglichen. Das erste Spaltmaß umfasst eine Spaltbreite, bei der eine Schweißnaht ohne Zusatzwerkstoff gebildet wird. Das zweite Spaltmaß umfasst eine Spaltbreite, bei der zum Auffüllen des Fügespaltes ein Zusatzwerkstoff für die Bildung der Schweißnaht zugeführt wird. Bei einer erfassten Spaltbreite, die innerhalb des ersten Spaltmaßes liegt, wird während des Laserschweißens die Zuführung des Zusatzwerkstoffs zum Fügespalt stillgesetzt und ein Strahlprofil des Laserstrahls mit einem Punkt- oder Ringfokus eingestellt. Bei einer erfassten Spaltbreite, die innerhalb des zweiten Spaltmaßes liegt, wird eine Zuführung des Zusatzwerkstoffes zum Fügespalt angesteuert und ein Strahlprofil des Laserstrahls mit einem Ringfokus eingestellt.
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In der
DE 102 35 617 A1 wird eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstückes beschrieben. Die handführbare Vorrichtung zum Laserschweißen umfasst eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls auf dem Werkstück und eine Zufuhreinrichtung für einen Zusatzwerkstoff. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine als Abstandhalter ausgeführte Führung auf, wobei die Zufuhreinrichtung an der Vorrichtung mit mehreren Freiheitsgraden beweglich angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2017 210 703 A1 ist eine Vorrichtung zum Laserauftragsschweißen bekannt. Ein Schweißkopf für diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, eine in diesem Gehäuse mittels einer Optikhalterung gehaltene Optik aus ein oder mehreren transmissiven und/oder reflektiven optischen Elementen und eine Werkstoffdüse. Der Schweißkopf ist dazu ausgestaltet, einen Laserstrahl mittels der Optik in Richtung eines Bearbeitungspunktes auf einem zu bearbeitenden Werkstück zu lenken. Die Werkstoffdüse ist dazu ausgestaltet, einen Zusatzwerkstoff zum Bearbeitungspunkt während des Laserauftragsschweißens auszulassen, der durch Zufuhreinrichtungen der Werkstoffdüse zugeführt wird. Die transmissiven optischen Elemente bestehen aus einem Material mit einem Brechungsindex größer als 2,1.
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Die
US-amerikanische Patentanmeldung US 2012 / 0006795 A1 offenbart ein Schweißverfahren und eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen von Werkstücken mit einem Vorwärtshybridschweißprozess an einem Verbindungsbereich, der eine Schweißnaht umfasst, die durch und zwischen den Stoßflächen der Werkstücke definiert ist, und ein anschließendes Hybridschweißen an dem Verbindungsbereich. Das Vorwärts-Hybrid-Schweißverfahren bewirkt gleichzeitig, dass sich ein vorwärts gerichteter Laserstrahl und ein vorwärts gerichteter Lichtbogen entlang des Verbindungsbereichs bewegen, der die Schweißnaht durchdringt und ein Schmelzbad bildet, das zu einer Schweißnaht erstarrt. Das anschließende Hybridschweißverfahren verwendet einen hinteren Lichtbogen und einen hinteren Laserstrahl, um ein zweites Schmelzbad zu erzeugen, das wieder schmilzt und sich mit dem Schweißteil vermischt.
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Die chinesische Patentanmeldung
CN 1 13 798 669 A Patentanmeldung offenbart ein Laserschweißverfahren zur Warmumformung von Stahl mit einer Beschichtung. Das Laserschweißverfahren umfasst folgende Schritte: Erzeugung von mindestens einem Schmelzbad im Schweißprozess; Füllen jedes Schmelzbades mit mindestens einer Art von Schweißflussmittel, wobei jede Art von Schweißflussmittel die multielementare - Eigenschaften aufweist; durch die Steuerung des Füllverhältnisses verschiedener Schweißflussmittel werden nachteiligen Auswirkungen beim Eintritt einer Beschichtung in eine Schweißnaht verhindert.
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Die japanische Patentanmeldung
JP H04-1 9 921 A offenbart folgendes: Um einen langen, schmalen Supraleiter herzustellen, wird das Ende eines Drahtes kontinuierlich geschmolzen, Rohmaterial wird zugeführt, eine geschmolzene Schmelzperle wird im Spitzenteil gebildet, eine gekühlte Bandbasis oder ein Trägermaterial wird der geschmolzenen Schmelzperle zugeführt, um sie in Kontakt mit der geschmolzenen Kugel zu bringen; das geschmolzene Material wird auf der Bandbasis gewischt wird. Eine Schmelzperle einer supraleitenden Verbindung oder ihres Elements wird so gebildet, dass es auf einem sich bewegenden Substrat gewischt wird, und ein einzelner Film gebildet wird. Das Volumen der Schmelzperle wird im Wesentlichen konstant gehalten, wenn ein Draht zur Rohstoffzufuhr in die Nähe des Substrats gebracht und kontinuierlich zugeführt wird. In diesem Fall wird die Spitze des vorgeschobenen Drahtes mittels einer Laserwärmequelle aufgeschmolzen, oder alternativ wird ein Lichtbogen zwischen zwei vorgeschobenen Drähten gezündet, so dass eine Wulst gebildet wird. Darüber hinaus wird die geschweißte Folie erhitzt um die Diffusion in der Folie oder zwischen den Folien zu fördern. Durch Verwendung eines Laserscanners wird die Dicke und Durchgängigkeit der geschweißten Folie überwacht und gesteuert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Laserschweißvorrichtung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Laserschweißvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Laserschweißvorrichtung weist eine Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 mit mindestens einer Laserstrahlquelle 8 und einer Laserschweißoptik auf.
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Erfindungsgemäß ist die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ausgebildet zur Erzeugung eines ersten Schweißlaserstrahls und mindestens eines zweiten Schweißlaserstrahls derart, dass der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl auf einen Werkstückbereich 7 ausgerichtet ist, der in Schweißrichtung hinter einem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist. Erfindungsgemäß ist eine erste Zusatzwerkstoffzuführung vorgesehen, die ausgebildet ist zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffs auf den Werkstückbereich, auf den der erste Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist, oder auf einen in Schweißrichtung davor liegenden Werkstückbereich. Erfindungsgemäß ist eine zweite Zusatzwerkstoffzuführung vorgesehen, die ausgebildet ist zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffs auf den Werkstückbereich, auf den der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist, oder auf einen Werkstückbereich, der in Schweißrichtung vor dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist, und hinter dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung löst das Problem, dass ein Verschweißen von Bauteilen mit einer großen Fügestoßtiefe und/oder Fügestoßbreite unter Auffüllen und Ausnutzen des gesamten Fügestoßes bisher lediglich mit langsamen Schweißverfahren, beispielsweise MIG-Schweißen oder MAG-Schweißen, oder mit Mehrlagenschweißungen gelingt, die lange Taktzeiten erfordern und aufwendig sind. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird dies, d. h. insbesondere ein sicheres Auffüllen von großen Stoßfugen, nun auch mittels Laserschweißen und dadurch wesentlich schneller, insbesondere mit sehr schnellen Prozess- und Taktzeiten, und mit geringerem Aufwand ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht des Weiteren eine hohe Energieeffizienz, da ein Aufschmelzen mittels des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls eine noch im zu schweißenden Bauteilverbund vorhandene Restenergie bzw. Restwärme des ersten Schweißlaserstrahls nutzt, wodurch ein entsprechender Leistungsaufwand eingespart wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung können unterschiedliche Zusatzwerkstoffe für die erste Zusatzwerkstoffzuführung und die zweite Zusatzwerkstoffzuführung verwendet werden, um dadurch beispielsweise gezielt ein Durchmischungsverhältnis zu verändern.
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Mittels der erfindungsgemäßen Lösung kann eine extrem hohe Verbindungsfestigkeit der Schweißverbindung erzielt werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich insbesondere für das Laserschweißen von langen, linearen Nähten ohne große Umorientierungen, insbesondere für ein Fügen von Profilen, insbesondere Aluminiumstrangpressprofilen.
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Die erfindungsgemäße Lösung, insbesondere die erfindungsgemäße Vorrichtung, eignet sich zudem auch für ein Löten von Bauteilen, zum Beispiel von Stahlbauteilen.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Durchführung eines verzugsarmen Schweißverfahrens.
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Ist eine Zuführung von Schutzgas vorgesehen, beispielsweise in Abhängigkeit von einer jeweiligen Verwendung der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung, kann eine vergrößerte Schutzgasatmosphäre für den gesamten Prozess bereitgestellt werden, sodass gegenüber einem mehrmaligem Schweißen Gas eingespart wird.
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Für die erfindungsgemäße Laserschweißvorrichtung können beispielsweise drahtförmige oder pulverförmige Zusatzwerkstoffe verwendet werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine flexible Verwendung dieser drahtförmigen und pulverförmigen Zusatzwerkstoffe.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist für viele Stoßgeometrien und Bauteilanordnungen geeignet, beispielsweise für eine Kehlnaht an einem Überlappstoß oder für einen Stumpfstoß mit V-Fuge.
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Vorteilhafterweise sind somit bei der erfindungsgemäßen Lösung in Schweißrichtung hintereinander mindestens die erste Zusatzwerkstoffzuführung, der erste Schweißlaserstrahl, die zweite Zusatzwerkstoffzuführung und der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl vorgesehen.
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In einem mittels der erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung durchzuführenden Verfahren zum Laserschweißen werden die Schweißlaserstrahlen insbesondere entsprechend der beschriebenen Ausbildung der Laserschweißvorrichtung erzeugt und mittels der beiden Zusatzwerkstoffzuführungen wird jeweils ein Zusatzwerkstoff insbesondere auf die zur Laserschweißvorrichtung beschriebene Weise zugeführt. Insbesondere ist in diesem Verfahren zum Laserschweißen vorgesehen, dass der erste Zusatzwerkstoff mittels der ersten Zusatzwerkstoffzuführung in einen Stoßfugengrund geleitet wird und dort vom ersten Schweißlaserstrahl zusammen mit Stoßfugenfronten auf einem Niveau einer ersten Schmelzebene aufgeschmolzen wird, und danach, insbesondere unmittelbar nachgelagert, der zweite Zusatzwerkstoff mittels der zweiten Zusatzwerkstoffzuführung oberhalb der ersten Schmelzebene hinzugeleitet und nachfolgend von dem mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl zusammen mit den Stoßfugenfronten sowie der ersten Schmelzebene aufgeschmolzen und vermischt wird.
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Der jeweilige Zusatzwerkstoff kann, wie bereits erwähnt, sowohl als Draht oder Pulver zugeführt werden. Dabei können der erste Zusatzwerkstoff und der zweite Zusatzwerkstoff bezüglich eines Volumens insbesondere entkoppelt voneinander gesteuert und auf den zu füllenden Querschnitt angepasst hinzugeführt werden.
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Beispielsweise können eine Drahtfördergeschwindigkeit und/oder ein Drahtquerschnitt des drahtförmigen zweiten Zusatzwerkstoffs größer als eine Drahtfördergeschwindigkeit und/oder ein Drahtquerschnitt des drahtförmigen ersten Zusatzwerkstoffs sein.
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Erfindungsgemäß wirken statt eines einzigen zweiten Schweißlaserstrahls mit dem großen Strahldurchmesser, der größer ist als der Strahldurchmesser des ersten Schweißlaserstrahls, auch zwei quer zur Schweißrichtung nebeneinander angeordnete kleinere zweite Schweißlaserstrahlen, d. h. mit jeweils kleinerem Strahldurchmesser, insbesondere kleiner als der Strahldurchmesser des ersten Schweißlaserstrahls, auf demselben Werkstückbereich 7. In einer möglichen Ausführungsform ist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ausgebildet zur Erzeugung von zwei zweiten Schweißlaserstrahlen derart, dass die beiden zweiten Schweißlaserstrahlen quer zur Schweißrichtung nebeneinander auf den Werkstückbereich 7 ausgerichtet sind, der in Schweißrichtung hinter dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl ausgerichtet ist.
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Beispielsweise ist eine Leistung im mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl oder in jedem der zweiten Schweißlaserstrahlen oder in beiden zweiten Schweißlaserstrahlen zusammen größer als im ersten Schweißlaserstrahl, d. h. die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ist in diesem Beispiel ausgebildet, die Schweißlaserstrahlen derart zu erzeugen.
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Die Schweißlaserstrahlen können beispielsweise über einen Strahlteiler und ein oder mehrere weitere optische Elemente in der Laserschweißoptik zusammen aus einem Laserstrahl von einer einzigen Laserstrahlquelle 8 erzeugt werden. In einer möglichen Ausführungsform weist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 nur eine Laserstrahlquelle 8 auf und die Laserschweißoptik ist dazu ausgebildet, aus dem einen Laserstrahl dieser einen Laserstrahlquelle 8 den ersten Schweißlaserstrahl und den mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl oder die mehreren zweiten Schweißlaserstrahlen zu erzeugen, insbesondere mittels des Strahlteilers und beispielsweise eines oder mehrerer weiterer optischer Elemente. Die Laserschweißoptik weist somit insbesondere den Strahlteiler und beispielsweise das eine weitere optische Element oder die mehreren weiteren optischen Elemente auf, um dies zu ermöglichen.
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Alternativ können die Schweißlaserstrahlen beispielsweise jeweils aus einer eigenen Laserstrahlquelle 8 eingekoppelt werden, insbesondere für größere Stoßfugen und einen höheren Füllgrad bei höherer Schweißgeschwindigkeit. In einer möglichen Ausführungsform weist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 zwei Laserstrahlquellen 8 auf. Die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ist dann ausgebildet zur Erzeugung des ersten Schweißlaserstrahls mittels der ersten Laserstrahlquelle 8 und des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls mittels der zweiten Laserstrahlquelle 8. Ist die Erzeugung von mehreren, insbesondere zwei, zweiten Schweißlaserstrahlen vorgesehen, können beispielsweise auch zwei zweite Laserstrahlquellen 8 vorgesehen sein. Die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ist dann ausgebildet zur Erzeugung des ersten Schweißlaserstrahls mittels der ersten Laserstrahlquelle 8, des einen zweiten Schweißlaserstrahls mittels der einen zweiten Laserstrahlquelle 8 und des anderen zweiten Schweißlaserstrahls mittels der anderen zweiten Laserstrahlquelle 8. Alternativ können die mehreren, insbesondere zwei, zweiten Schweißlaserstrahlen beispielsweise über einen Strahlteiler und weitere optische Elemente in der Laserschweißoptik zusammen aus dem Laserstrahl der einen zweiten Laserstrahlquelle 8 erzeugt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Laserschweißvorrichtung während einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Laserschweißen,
- 2 schematisch eine Rückseitenansicht einer Ausführungsform der Laserschweißvorrichtung während einer Ausführungsform des Verfahrens zum Laserschweißen,
- 3 schematisch eine Rückseitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Laserschweißvorrichtung während einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Laserschweißen,
- 4 schematisch eine Seitenansicht der Laserschweißvorrichtung mit einer Ausführungsform einer Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9, und
- 5 schematisch eine Seitenansicht der Laserschweißvorrichtung mit einer weiteren Ausführungsform der Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 5 zeigen Ausführungsformen einer Laserschweißvorrichtung 1 während eines mittels der Laserschweißvorrichtung 1 durchgeführten Verfahrens zum Laserschweißen. Dabei ist die Laserschweißvorrichtung 1 in 1 in einer Ansicht von der Seite, in den 2 und 3 in einer Ansicht von hinten und in den 4 und 5 in einer Ansicht von der Seite dargestellt. Anhand eines dreidimensionalen Koordinatensystems mit einer Längsachse X, einer Querachse Y und einer Hochachse Z wird die jeweilige Ausrichtung der Laserschweißvorrichtung 1 nochmals verdeutlicht.
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Die Laserschweißvorrichtung 1 weist eine Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 mit mindestens einer in den Figuren nicht näher dargestellten Laserstrahlquelle 8 und einer Laserschweißoptik 2 auf. Die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ist ausgebildet zur Erzeugung eines ersten Schweißlaserstrahls SS1 und mindestens eines zweiten Schweißlaserstrahls SS2 derart, dass der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 auf einen Werkstückbereich 7 mindestens eines zu schweißenden Werkstücks W ausgerichtet ist, der in Schweißrichtung SR hinter einem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl SS1 ausgerichtet ist.
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Des Weiteren ist eine erste Zusatzwerkstoffzuführung ZZ1, beispielsweise in Form einer Düse, vorgesehen, die ausgebildet ist zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffs ZW1 auf den Werkstückbereich, auf den der erste Schweißlaserstrahl SS1 ausgerichtet ist, wie in den 1, 4 und 5 gezeigt, oder auf einen in Schweißrichtung SR davor liegenden Werkstückbereich.
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Zudem ist eine zweite Zusatzwerkstoffzuführung ZZ2, beispielsweise in Form einer Düse, vorgesehen, die ausgebildet ist zur Zuführung eines Zusatzwerkstoffs ZW2 auf den Werkstückbereich, auf den der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 ausgerichtet ist, wie in den 1, 4 und 5 gezeigt, oder auf einen Werkstückbereich, der in Schweißrichtung SR vor dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 ausgerichtet ist, und hinter dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl SS1 ausgerichtet ist. Die Schweißrichtung SR verläuft parallel zur Längsachse X des dreidimensionalen Koordinatensystems.
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Bei der hier beschriebenen Laserschweißvorrichtung 1 sind somit in Schweißrichtung SR hintereinander mindestens die erste Zusatzwerkstoffzuführung ZZ1, der erste Schweißlaserstrahl SS1, die zweite Zusatzwerkstoffzuführung ZZ2 und der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 vorgesehen.
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Die beschriebene Laserschweißvorrichtung 1 ermöglicht insbesondere ein sicheres Auffüllen von großen Stoßfugen SF mittels Laserschweißen mit sehr schnellen Prozess- und Taktzeiten und einem geringeren Aufwand. Eine solche Stoßfuge SF und deren ursprüngliche Stoßgeometrie sowie eine mittels der Laserschweißvorrichtung 1 erzeugte Schmelze S sind beispielhaft in den 2 und 3 im Querschnitt während des Laserschweißens, insbesondere während des Auffüllens der Stoßfuge SF, mittels der Laserschweißvorrichtung 1 dargestellt. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine solche Stoßfuge SF während des Laserschweißens, insbesondere während des Auffüllens der Stoßfuge SF, mittels der Laserschweißvorrichtung 1. Die Stoßfuge SF weist beispielsweise eine Fügestoßtiefe t von 1,5 mm oder größer als 1,5 mm auf.
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Je nach zu erfüllender Schweißaufgabe kann für die erste Zusatzwerkstoffzuführung ZZ1 und die zweite Zusatzwerkstoffzuführung ZZ2 beispielsweise der gleiche Zusatzwerkstoff ZW1, ZW2 verwendet werden, oder es können beispielsweise unterschiedliche Zusatzwerkstoffe ZW1, ZW2 verwendet werden, um dadurch beispielsweise gezielt ein Durchmischungsverhältnis zu verändern. Es können beispielsweise drahtförmige oder pulverförmige Zusatzwerkstoffe ZW1, ZW2 verwendet werden.
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Beispielsweise werden der erste Zusatzwerkstoff ZW1 und der zweite Zusatzwerkstoff ZW2 bezüglich eines Volumens entkoppelt voneinander gesteuert und auf den zu füllenden Querschnitt der Stoßfuge SF angepasst hinzugeführt. Beispielsweise sind/ist eine Drahtfördergeschwindigkeit und/oder ein Drahtquerschnitt des drahtförmigen zweiten Zusatzwerkstoffs ZW2 größer als eine Drahtfördergeschwindigkeit und/oder ein Drahtquerschnitt des drahtförmigen ersten Zusatzwerkstoffs ZW1.
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Beispielsweise sind der erste Schweißlaserstrahl SS1 und der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 in ihrer Form und Leistung entkoppelt voneinander ausführbar. So kann beispielsweise ein Strahldurchmesser d1 des ersten Schweißlaserstrahls SS1 kleiner sein als ein Strahldurchmesser d2 des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls SS2, wie in 2 gezeigt. Dabei ist der Strahldurchmesser d2 des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 beispielsweise auf einen vergrößerten Drahtdurchmesser des drahtförmigen zweiten Zusatzwerkstoffs ZW2 angepasst, d. h. der Drahtdurchmesser des drahtförmigen zweiten Zusatzwerkstoffs ZW2 ist größer als der Drahtdurchmesser des drahtförmigen ersten Zusatzwerkstoffs ZW1. Alternativ können die Strahldurchmesser d1, d2 des ersten Schweißlaserstrahls SS1 und des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 gleich groß sein. Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ausgebildet zur Erzeugung des ersten Schweißlaserstrahls SS1 und des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls SS2 derart, dass der Strahldurchmesser d1 des ersten Schweißlaserstrahls SS1 kleiner ist als der Strahldurchmesser d2 des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls SS2, oder derart, dass der erste Schweißlaserstrahl SS1 und der zweite Schweißlaserstrahl SS2 einen gleichen Strahldurchmesser d1, d2 aufweisen.
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Statt eines einzigen zweiten Schweißlaserstrahls SS2 mit dem großen Strahldurchmesser d2, der größer ist als der Strahldurchmesser d1 des ersten Schweißlaserstrahls SS1, können beispielsweise auch zwei quer zur Schweißrichtung SR nebeneinander angeordnete kleinere zweite Schweißlaserstrahlen SS2, d. h. mit jeweils kleinerem Strahldurchmesser d2, insbesondere kleiner als der Strahldurchmesser d1 des ersten Schweißlaserstrahls SS1, auf demselben Werkstückbereich 7 wirken. In dieser in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform ist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ausgebildet zur Erzeugung von zwei zweiten Schweißlaserstrahlen SS2 derart, dass die beiden zweiten Schweißlaserstrahlen SS2 quer zur Schweißrichtung SR nebeneinander auf den Werkstückbereich 7 ausgerichtet sind, der in Schweißrichtung SR hinter dem Werkstückbereich 7 liegt, auf den der erste Schweißlaserstrahl SS1 ausgerichtet ist.
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Beispielsweise ist eine Leistung im mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl SS2 oder in jedem der zweiten Schweißlaserstrahlen SS2 oder in beiden zweiten Schweißlaserstrahlen SS2 zusammen größer als im ersten Schweißlaserstrahl SS1.
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In der Ausführungsform gemäß 2 sind sowohl der erste Schweißlaserstrahl SS1 als auch der mindestens eine zweite Schweißlaserstrahl SS2 oder die beiden zweiten Schweißlaserstrahlen SS2 in lateraler Richtung, d. h. quer zur Schweißrichtung SR, unbewegt. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Laserschweißvorrichtung 1, bei welcher der zweite Schweißlaserstrahl SS2, der bei dieser Ausführungsform einen kleineren Strahldurchmesser d2 aufweist als der erste Schweißlaserstrahl SS1 oder beispielsweise auch den gleichen Strahldurchmesser d2, d1 aufweisen kann wie der erste Schweißlaserstrahl SS1, über mindestens ein optisches Element 3 in der Laserschweißoptik 2, beispielsweise über einen Scannerspiegel, d. h. über einen beweglichen Spiegel, lateral oszillierend bewegt werden kann bzw. im Verfahren lateral bewegt wird, um ein sicheres Aufschmelzen der Komponenten bis hin zur kompletten Auffüllung des Fügestoßes FS sicherzustellen. In 3 ist eine Bewegung des optischen Elementes 3 zum lateral oszillierenden Bewegen des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 anhand zweier Positionen des optischen Elementes 3 schematisch dargestellt, wobei die eine Position mit durchgezogenen Linien und die andere Position mit gestrichelten Linien dargestellt ist.
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In dieser Ausführungsform gemäß 3 ist somit die Laserschweißoptik 2 ausgebildet zur oszillierenden Bewegung des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 lateral, d. h. quer zur Schweißrichtung SR. Dabei ist vorgesehen, dass die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ausgebildet ist zur Erzeugung des ersten Schweißlaserstrahls SS1 und des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 derart, dass der Strahldurchmesser d2 des zweiten Schweißlaserstrahls SS2 kleiner ist als der Strahldurchmesser d1 des ersten Schweißlaserstrahls SS1, oder derart, dass der erste Schweißlaserstrahl SS1 und der zweite Schweißlaserstrahl SS2 einen gleichen Strahldurchmesser d1, d2 aufweisen.
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Wie in 4 gezeigt, können die Schweißlaserstrahlen SS1, SS2 beispielsweise über einen Strahlteiler 4 und weitere optische Elemente 5 in der Laserschweißoptik 2 zusammen aus einem Laserstrahl LS von einer einzigen Laserstrahlquelle 8 erzeugt werden. In dieser Ausführungsform gemäß 4 weist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 nur eine Laserstrahlquelle 8 auf und die Laserschweißoptik 2 ist dazu ausgebildet, aus dem einen Laserstrahl LS dieser einen Laserstrahlquelle 8 den ersten Schweißlaserstrahl SS1 und den mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl SS2 zu erzeugen, insbesondere mittels des Strahlteilers 4 und beispielsweise weiterer optischer Elemente 5. Die Laserschweißoptik 2 weist somit insbesondere den Strahlteiler 4 und beispielsweise die weiteren optischen Elemente 5 auf, um dies zu ermöglichen.
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Alternativ können die Schweißlaserstrahlen SS1, SS2, wie in 5 gezeigt, beispielsweise jeweils aus einer eigenen Laserstrahlquelle 8 eingekoppelt werden, insbesondere für größere Stoßfugen SF und einen höheren Füllgrad bei höherer Schweißgeschwindigkeit. In dieser Ausführungsform gemäß 5 weist somit die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 zwei Laserstrahlquellen 8 auf. Die Schweißlaserstrahlerzeugungseinheit 9 ist hier ausgebildet zur Erzeugung des ersten Schweißlaserstrahls SS1 mittels der ersten Laserstrahlquelle 8, d. h. aus dem Laserstrahl LS1 der ersten Laserstrahlquelle 8, und des mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahls SS2 mittels der zweiten Laserstrahlquelle 8, d. h. aus dem Laserstrahl LS2 der zweiten Laserstrahlquelle 8.
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In einem mittels der Laserschweißvorrichtung 1 durchzuführenden Verfahren zum Laserschweißen werden die Schweißlaserstrahlen SS1, SS2 entsprechend der beschriebenen Ausbildung der Laserschweißvorrichtung 1 erzeugt und mittels der beiden Zusatzwerkstoffzuführungen ZZ1, ZZ2 wird jeweils ein Zusatzwerkstoff ZW1, ZW2 auf die zur Laserschweißvorrichtung 1 beschriebene Weise zugeführt. Wie in den 1 bis 3 dargestellt, ist in diesem Verfahren zum Laserschweißen insbesondere vorgesehen, dass der erste Zusatzwerkstoff ZW1 mittels der ersten Zusatzwerkstoffzuführung ZZ1 in einen Stoßfugengrund geleitet wird und dort vom ersten Schweißlaserstrahl SS1 zusammen mit Stoßfugenfronten auf einem Niveau einer ersten Schmelzebene E1 aufgeschmolzen wird, und danach, insbesondere unmittelbar nachgelagert, der zweite Zusatzwerkstoff ZW2 mittels der zweiten Zusatzwerkstoffzuführung ZZ2 oberhalb der ersten Schmelzebene E1 hinzugeleitet und nachfolgend vom mindestens einen zweiten Schweißlaserstrahl SS2 zusammen mit den Stoßfugenfronten auf einem Niveau einer zweiten Schmelzebene E2 sowie zusammen mit der ersten Schmelzebne E1 aufgeschmolzen und vermischt wird.