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WO2018041463A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM VERSCHWEIßEN VON FÜGEPARTNERN - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM VERSCHWEIßEN VON FÜGEPARTNERN Download PDF

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WO2018041463A1
WO2018041463A1 PCT/EP2017/068000 EP2017068000W WO2018041463A1 WO 2018041463 A1 WO2018041463 A1 WO 2018041463A1 EP 2017068000 W EP2017068000 W EP 2017068000W WO 2018041463 A1 WO2018041463 A1 WO 2018041463A1
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WO
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hybrid welding
welding device
focus
hybrid
laser
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2017/068000
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English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Neumann
Wolfgang Moll
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.)
KUKA Industries GmbH and Co KG
Original Assignee
KUKA Industries GmbH and Co KG
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 KUKA Industries GmbH and Co KG filed Critical KUKA Industries GmbH and Co KG
Publication of WO2018041463A1 publication Critical patent/WO2018041463A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
    • B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K28/00—Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
    • B23K28/02—Combined welding or cutting procedures or apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for welding at least two joining partners to form a weld by means of both laser and arc beam, which are provided by a hybrid welding device.
  • the invention also relates to a hybrid welding apparatus comprising a laser and an arc welding apparatus, wherein laser radiation emitted by the laser can be imaged via at least one imaging optical system on the joining region of joining partners to be welded to form a weld seam.
  • Laser-arc hybrid welding is a welding process by means of which joining partners are welded by both laser beam welding and electric arc welding.
  • both the laser beam and the arc is aligned with a weld zone, whereby a molten bath is generated, which solidifies to form a weld.
  • Laser welding is used in industry in the field of higher laser power and primarily where material thicknesses of more than 3 mm have to be welded.
  • Arc welding in particular gas metal arc welding (MIG), which includes metal inert gas (MIG) welding and active gas (MAG) welding, provides high welding performance with low energy input.
  • MIG gas metal arc welding
  • MAG active gas
  • the arc welding enables an increase of the A-measure and a good gap bridgeability.
  • the combination of methods offers improved weld geometry, gap bridgeability, and coupling.
  • laser welding imaging optics can be used, which produce a double focus.
  • the double focus is fixed.
  • Laser MSG hybrid methods are e.g. B. DE 10 2010 028 745 B4 or DE 11 2013 003 670 T5.
  • a focus is imaged in the joining region by means of an imaging optic, which is moved together with the device.
  • the present invention has the object of developing a method and an apparatus of the type mentioned above so that an improved compared to the prior art energy input takes place in the joining area. Also, an optimization of the welding process to be bridged gap between the joining partners to be welded.
  • the object is essentially achieved by imaging a single focus on the joining region of the laser beam and by adjusting the focus relative to the movement of the hybrid welding device and transversely to and / or in the direction of movement of the hybrid welding device.
  • the focus is adjusted at least transversely to the direction of travel, with an adaptation to the gap width between the joining partners can be done.
  • the focus is scanned to move to the joining area, wherein a movement can take place both in and across the direction of travel of the device.
  • the scan width By changing the scan width, the resulting weld pool can be changed according to the seam formation and depth requirements. A controlled bridging of gap tolerances can be achieved.
  • the laser beam is moved to the joining region such that the focus moved to the joining region sweeps over a circular or circular surface whose diameter is greater than that of the focus.
  • the distance between the joining partners in the joint area ie in particular the distance from edges to be welded, is determined.
  • the deflection of the laser beam takes place transversely to the direction of travel of the hybrid welding device.
  • the invention provides that the distance is measured by means of a sensor which is moved synchronously with the hybrid welding device and is connected in particular to the hybrid welding device.
  • a hybrid welding device of the type mentioned above is characterized in particular by the fact that the imaging optics depicts a single focus and is designed such that the focus relative to the movement of the Hybrid welding device and is movable transversely and / or in the direction of travel of the hybrid welding device.
  • the invention is distinguished by the fact that scan width of the focus is regulatable or controllable transversely to the travel direction of the hybrid welding device as a function of the width of the weld to be joined and the gap to be joined.
  • the imaging optics comprises at least one adjustable relative to the travel movement of the hybrid welding optical element, which is adjustable to an X and / or Y-axis.
  • the partners to be joined themselves are aligned to a plane spanned by the X and Y axes.
  • the imaging optics comprises at least one parabolic reflector.
  • the imaging optics comprises at least two reflectors from the group simulation game, parabolic mirror, wherein preferably each reflector is adjustable relative to the movement of the hybrid welding device.
  • 1 is a schematic diagram of a hybrid welding device
  • Fig. 2 is a schematic diagram of an arrangement for scanning moving a
  • 3 is a schematic diagram of components to be welded
  • 4 shows a further basic illustration of an arrangement for scanning a laser beam
  • Fig. 5 shows an alternative embodiment to that of Figs. 4 and
  • Fig. 6 is a schematic diagram of a welding operation with the
  • the hybrid welding apparatus 10 For welding, a hybrid welding apparatus 10 is used, which can be seen purely in principle from FIG.
  • the hybrid welding apparatus 10 includes a laser 12 and an arc welding apparatus 14.
  • the arc welding apparatus 12 may be a metal arc welding apparatus having a consumable welding wire 16 tracked by a motor.
  • the wire feed supplies the welding point with protective or mixed gas via a nozzle.
  • a laser beam 18 is focused on the joint partners 20, 22 to be welded in the region of the joining region.
  • the combination of laser welding and gas metal arc welding makes use of the advantages of both methods. High welding speeds are achieved with low energy input.
  • the hybrid welding device 10 is to be welded along the joint line or joining region 26, in which a weld seam is to be formed, in order to weld the joining partners 20, 22 - hereinafter referred to as workpieces for short.
  • the hybrid welding apparatus 10 may further include a sensor 24 through which the width of the gap between the workpieces 20, 22 is determined to control the scanning motion of the laser beam 18 depending on the gap width, as explained below.
  • a parabolic mirror 28 is used on which the laser raw beam 30 impinges, in order then to be focused beam 18 on the region of the joint line to be focused, the focus in the direction of travel in front of the welding wire 16 on the joining region 26.
  • the focused laser beam 18, that is to say the focus 32 transversely to the joint line 26, along which the hybrid welding device 10 is moved scans the parabolic mirror 28 about the X-axis. and is moved.
  • the scan width is set as a function of the width of the gap 34 between the workpieces 20, 22.
  • the gap width can be determined by means of the sensor 24 and the scan width of the focus 32 can be varied as a function of the gap width.
  • the corresponding data can also be entered into the control of the laser 12.
  • the laser beam 30 is deflected via a plane mirror 36 to a parabolic mirror 38, via which the raw beam 30 is focused onto the joining region.
  • the plane mirror 36 oscillates about the Y-axis and the parabolic mirror about the X-axis, wherein the Workpieces 20, 22 aligned to the XY plane, which is spanned by the X and Y axis, as is apparent from the figures in principle.
  • the focused laser beam 18 and thus the focus 32 can be moved back and forth both transversely to the joint line 26 and in its longitudinal direction.
  • a laser beam emitted by a fiber end 42 of a fiber laser is used on the parabolic mirror 40.
  • Suitable lasers are C0 2 lasers, disc and fiber lasers.
  • the focus diameter should preferably be in the range of 0.1 mm to 0.5 mm.
  • the scan width, ie the distance between the reversal points of the focus movement can be between 0.1 mm and 3.0 mm.
  • the movement of the laser beam during scanning is preferably carried out with a frequency between 100 Hz and 1000 Hz.
  • the power of the laser beam can be in the range of 1,000 watts and 1,200 watts.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verschweißen von zumindest zwei Fügepartnern (20, 22) unter Ausbildung einer Schweißnaht mittels sowohl Laser- als auch Lichtbogenstrahls (18), die von einer Hybridschweißvorrichtung (10) bereitgestellt werden. Um einen verbesserten Energieeintrag im Fügebereich sowie eine Optimierung des Schweißvorganges an dem zu überbrückenden Spalt zwischen den zu verschweißenden Fügepartnern zu erhalten, ist vorgesehen, dass von dem Laserstrahl (18) ein einziger Fokus (32) auf den Fügebereich (26) abgebildet wird und dass der Fokus relativ zur Verfahrbewegung der Hybridschweißvorrichtung (10) und quer zur und/oder in Verfahrrichtung (11) der Hybridschweißvorrichtung verstellt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Fügepartnern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von zumindest zwei Fügepartnern unter Ausbildung einer Schweißnaht mittels sowohl Laser- als auch Lichtbogenstrahls, die von einer Hybridschweißvorrichtung bereitgestellt werden. Auch bezieht sich die Erfindung auf eine Hybridschweißvorrichtung umfassend ein Laserund ein Lichtbogenschweißgerät, wobei von dem Laser emittierte Laserstrahlung über zumindest eine abbildende Optik auf Fügebereich von zu verschweißenden Fügepartnern unter Ausbildung einer Schweißnaht abbildbar ist.
Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen ist ein Schweißverfahren, mittels der Fügepartner sowohl mittels Laserstrahlschweißens als auch elektrischen Lichtbogenschweißens verschweißt werden. Dabei wird sowohl der Laserstrahl als auch der Lichtbogen auf eine Schweißzone ausgerichtet, wodurch ein Schmelzbad erzeugt wird, das unter Bildung einer Schweißnaht erstarrt. Durch einen entsprechenden Hybridschweißprozess werden die Vorteile beider Verfahren genutzt.
Das Laserschweißen wird in der Industrie im Bereich höherer Laserleistung und vornehmlich dort eingesetzt, wo Materialdicken von mehr als 3 mm geschweißt werden müssen. Das Lichtbogenschweißen, insbesondere das Metallschutzgasschweißen (MSG), das das Metallschweißen mit inerten Gasen (MIG) und das mit aktiven Gasen (MAG-Schweißen) umfasst, ermöglicht eine hohe Schweißleistung bei niedrigem Energieeintrag. Mittels des Lasers wird eine hohe Schweißgeschwindigkeit und eine große Einschweißtiefe erreicht. Das Lichtbogenschweißen ermöglicht eine Vergrößerung des A-Maßes und eine gute Spaltüberbrückbarkeit. Die Kombination der Verfahren bietet eine verbesserte Schweißgeometrie, Spaltüberbrückbarkeit und Einkopplung.
Für das Laserschweißen können abbildende Optiken benutzt werden, die ein Doppelfokus erzeugen. Dabei wird der Doppelfokus fest eingestellt.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass die einen festen Abstand zueinander aufweisenden Foki mäanderformartig entlang des Fügebereichs bewegt werden, in dem die Schweißnaht entsteht (EP 0 823 304 AI).
Laser-MSG-Hybridverfahren sind z. B. der DE 10 2010 028 745 B4 oder der DE 11 2013 003 670 T5 zu entnehmen. Bei den entsprechenden Verfahren wird mittels einer abbildenden Optik ein Fokus in dem Fügebereich abgebildet, der zusammen mit der Vorrichtung verfahren wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass ein im Vergleich zum Stand der Technik verbesserter Energieeintrag im Fügebereich erfolgt. Auch soll eine Optimierung des Schweißvorganges an dem zu überbrückenden Spalt zwischen den zu verschweißenden Fügepartnern erfolgen.
Verfahrensmäßig wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass von dem Laserstrahl ein einziger Fokus auf den Fügebereich abgebildet wird und dass der Fokus relativ zur Verfahrbewegung der Hybridschweißvorrichtung und quer zur und/oder in Verfahrrichtung der Hybridschweißvorrichtung verstellt wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Fokus zumindest quer zur Verfahrrichtung verstellt wird, wobei eine Anpassung an die Spaltbreite zwischen den Fügepartnern erfolgen kann. Der Fokus wird scannend zu dem Fügebereich bewegt, wobei eine Bewegung sowohl in als auch quer zur Verfahrrichtung der Vorrichtung erfolgen kann. Durch die Veränderung der Scanbreite kann das entstehende Schmelzbad entsprechend den Anforderungen an Nahtausbildung und Tiefe verändert werden. Es kann eine geregelte Überbrückung von Spalttoleranzen erreicht werden. Durch die Integration der Scannersteuerung in die Hybridschweißvorrichtung ist ein bahnoptimiertes Schweißen von Fügeteilen, insbesondere Konstruktionsbauteilen, mit unterschiedlichen Nahtanforderungen möglich.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Laserstrahl derart zu dem Fügebereich bewegt wird, dass der zu dem Fügebereich bewegte Fokus eine Kreis- oder kreisähnliche Fläche überstreicht, deren Durchmesser größer als der des Fokus ist. Hierdurch ergibt sich ein kontinuierlicher „Rührprozess" in der Schmelze mit der Folge eines ruhigen Schweißverhaltens, da die Ausgasung der Schmelze aktiv eingestellt werden kann.
Hervorzuheben und eigenerfinderisch ist, dass Bewegung des Laserstrahls quer zum Fügebereich in Abhängigkeit von auszubildender Schweißnaht gesteuert oder geregelt wird.
Insbesondere wird Abstand der Fügepartner im Fügebereich, also insbesondere Abstand von zu verschweißenden Kanten ermittelt. In Abhängigkeit des ermittelten Wertes erfolgt die Auslenkung des Laserstrahls quer zur Verfahrrichtung der Hybridschweiß Vorrichtung .
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass der Abstand mittels eines synchron mit der Hybridschweißvorrichtung bewegten, insbesondere mit der Hybridschweißvorrichtung verbundenen Sensors gemessen wird.
Eine Hybridschweißvorrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die abbildende Optik einen einzigen Fokus abbildet und derart ausgebildet ist, dass der Fokus relativ zur Verfahrbewegung der Hybridschweißvorrichtung und quer und/oder in Verfahrrichtung der Hybridschweißvorrichtung bewegbar ist.
Ergänzend oder alternativ zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass Scanbreite des Fokus quer zur Verfahrrichtung der Hybridschweißvorrichtung in Abhängigkeit von Breite auszubildender Schweißnaht der zu fügenden Partner bzw. des zwischen Fügepartnern verlaufenden Spalts regel- oder steuerbar ist.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, dass die abbildende Optik zumindest eine relativ zur Verfahrbewegung der Hybridschweißvorrichtung verstellbares optisches Element umfasst, das zu einer X- und/oder Y-Achse verstellbar ist. Die zu fügenden Partner selbst sind zu einer von X- und Y-Achse aufgespannten Ebene ausgerichtet.
Die abbildende Optik umfasst zumindest einen Parabolreflektor. Insbesondere ist vorgesehen, dass die abbildende Optik zumindest zwei Reflektoren aus der Gruppe Planspiel, Parabolspiegel umfasst, wobei vorzugsweise jeder Reflektor relativ zu der Verfahrbewegung der Hybridschweißvorrichtung verstellbar ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Hybridschweißvorrichtung,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zum scannenden Bewegen eines
Laserstrahls,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung von zu schweißenden Bauteilen, Fig. 4 eine weitere Prinzipdarstellung einer Anordnung zum scannenden Bewegen eines Laserstrahls,
Fig. 5 eine alternative Ausführungsform zu der der Fig. 4 und
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung eines Schweißvorgangs mit der
Hybridschweißvorrichtung gemäß Fig 1.
Anhand der Figuren, in denen grundsätzlich für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden, soll das erfindungsgemäße Hybridschweißverfahren erläutert werden, mit dem die Möglichkeit besteht, den Energieeintrag im Fügebereich von zu schweißenden Fügepartnern im gewünschten Umfang einzustellen, wobei eine geregelte Überbrückung von Spalttoleranzen ermöglicht wird.
Zum Schweißen wird eine Hybridschweißvorrichtung 10 verwendet, die rein prinzipiell der Fig. 1 zu entnehmen ist. Die Hybridschweißvorrichtung 10 umfasst einen Laser 12 und eine Lichtbogenschweißvorrichtung 14. Bei der Lichtbogenschweißvorrichtung 12 kann es sich um eine Metallschutzgasschweißvorrichtung mit einem abschmelzenden Schweißdraht 16 handeln, der von einem Motor nachgeführt wird. Gleichzeitig wird mit dem Drahtvorschub der Schweißstelle über eine Düse Schutz- oder Mischgas zugeführt. Insoweit wird auf hinlänglich bekannte Techniken verwiesen.
Mit dem Laser 12 wird ein Laserstrahl 18 auf die zu schweißenden Fügepartner 20, 22 im Bereich des Fügebereichs fokussiert. Durch die Kombination des Laserschweißens und Metallschutzgasschweißens werden die Vorteile beider Verfahren genutzt. Es werden hohe Schweißgeschwindigkeiten bei niedrigem Energieeintrag erzielt.
Die Hybridschweißvorrichtung 10 wird entlang der Fügelinie bzw. des Fügebereichs 26, in der eine Schweißnaht auszubilden ist, um die Fügepartner 20, 22 - nachstehend kurz Werkstücke genannt - zu verschweißen. Die Hybridschweißvorrichtung 10 kann des Weiteren einen Sensor 24 umfassen, über den die Breite des Spaltes zwischen den Werkstücken 20, 22 bestimmt wird, um in Abhängigkeit von der Spaltbreite die Scanbewegung des Laserstrahls 18 zu regeln, wie nachstehend erläutert wird.
Damit der fokussierte Laserstrahl 18, d.h. um den im Bereich des Fügebereichs 26 oder der Fügelinie abgebildeten Fokus scannend zu dem Fügebereich 26 bewegen zu können, wird nach der Fig. 2 ein Parabolspiegel 28 verwendet, auf der der Laserrohstrahl 30 auftrifft, um sodann als fokussierter Strahl 18 auf dem Bereich der Fügelinie fokussiert zu werden, wobei der Fokus in Verfahrrichtung vor dem Schweißdraht 16 auf den Fügebereich 26 trifft.
Der Parabolspiegel 28 ist gemäß der Fig. 2 um die X-Achse schwenkbar, so dass entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 3 der fokussierte Laserstrahl 18, also der Fokus 32 quer zur Fügelinie 26, entlang der die Hybridschweißvorrichtung 10 verfahren wird, scannend hin- und herbewegt wird. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Scanbreite in Abhängigkeit von der Breite des Spaltes 34 zwischen den Werkstücken 20, 22 eingestellt wird. Hierzu kann die Spaltbreite mittels des Sensors 24 ermittelt und in Abhängigkeit von der Spaltbreite die Scanbreite des Fokus 32 variiert werden.
Sofern die Spaltbreite jedoch bekannt ist, können die entsprechenden Daten auch in die Steuerung des Lasers 12 eingegeben werden.
Es besteht jedoch nicht nur die Möglichkeit, den Laserstrahl in X-Richtung, also quer zur Fügelinie 26 hin- und herzubewegen, sondern auch in Bewegungsrichtung (Pfeil 11) der Hybridschweißvorrichtung 10, wie dies anhand der Fig. 4 bis 6 erläutert wird.
Gemäß der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 4 wird der Laserrohstrahl 30 über einen Planspiegel 36 auf einen Parabolspiegel 38 umgelenkt, über den der Rohstrahl 30 auf den Fügebereich fokussiert wird. Dabei besteht die Möglichkeit, dass der Planspiegel 36 um die Y-Achse und der Parabolspiegel um die X-Achse schwingt, wobei die Werkstücke 20, 22 zu der XY-Ebene, die von der X- und Y-Achse aufgespannt wird, ausgerichtet ist, wie sich aus den Figuren prinzipiell ergibt.
Somit ist - wie die Fig. 6 verdeutlicht - der fokussierte Laserstrahl 18 und damit der Fokus 32 sowohl quer zur Fügelinie 26 als auch in dessen Längsrichtung hin- und herbewegbar.
Anstelle des Planspiegels 36 kann dieser auch durch einen Parabolspiegel 40 ersetzt werden, wie sich aus der Fig. 5 ergibt. Hierzu wird auf den Parabolspiegel 40 ein von einem Faserende 42 eines Faserlasers emittierter Laserstrahl benutzt.
Anhand der Fig. 6 soll des Weiteren verdeutlicht werden, dass der Fokus 32 derart zu der Fügelinie 26 scannend bewegt wird, dass ein Kreis überstrichen wird, wodurch ein kontinuierlicher Rührprozess in der Schmelze ermöglicht wird. Dieser führt zu einem ruhigen Schweißverhalten, da die Ausgasung der Schmelze aktiv eingestellt werden kann.
Die quasi Kreisbewegung des Fokus soll durch den Rundpfeil 44 in Fig. 6 symbolisiert werden.
Als Laser kommen C02-Laser, Scheiben- und Faserlaser in Frage. Der Fokusdurchmesser sollte vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm liegen. Die Scanbreite, also der Abstand zwischen den Umkehrpunkten der Fokusbewegung kann zwischen 0,1 mm und 3,0 mm liegen. Die Bewegung des Laserstrahls beim Scannen erfolgt vorzugsweise mit einer Frequenz zwischen 100 Hz und 1.000 Hz. Die Leistung des Laserstrahls kann im Bereich von 1.000 Watt und 1.200 Watt liegen.
Als zu verschweißende Nahtgeometrien kommen insbesondere alle Stumpf- und Überlappgeometrien, sowie alle Formen von Kehlnähten in Frage. Des Weiteren ist der Prozess für alle schweißbaren Metalle und NE-Metalle geeignet.

Claims

Patentansprüche Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Fügepartnern
1. Verfahren zum Verschweißen von zumindest zwei Fügepartnern (20, 22) unter Ausbildung einer Schweißnaht mittels sowohl Laser- als auch Lichtbogenstrahls (18), die von einer Hybridschweißvorrichtung (10) bereitgestellt werden, dadurch gekennzeichnet ,
dass von dem Laserstrahl (18) ein einziger Fokus (32) auf den Fügebereich (26) abgebildet wird und dass der Fokus relativ zur Verfahrbewegung der Hybridschweißvorrichtung (10) und quer zur und/oder in Verfahrrichtung (11) der Hybridschweißvorrichtung verstellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,
dass der Laserstrahl (18) derart zu dem Fügebereich (26) bewegt wird, dass der zu dem Fügebereich bewegte Fokus (32) eine kreis- oder kreisähnliche Fläche überstreicht, deren Durchmesser größer als der des Fokus ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet ,
dass Bewegung des Laserstrahls (28) quer zum Fügebereich (26) in Abhängigkeit von auszubildender Schweißnaht gesteuert oder geregelt wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,
dass Abstand der Fügepartner (20, 22) in ihren zu verschweißenden Kanten oder Bereichen ermittelt und in Abhängigkeit des ermittelten Wertes Auslenkung des Laserstrahls (28) quer zur Verfahrrichtung (11) der Hybridschweißvorrichtung (10) erfolgt.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass der Abstand mittels eines synchron mit der Hybridschweißvorrichtung (10) bewegten, insbesondere mit der Hybridschweißvorrichtung verbundenden Sensors (24) gemessen wird.
6. Hybridschweißanordnung (10), umfassend ein Laser- und ein Lichtbogenschweißgerät (12, 14), wobei von dem Laser emittierte Laserstrahlung (28) über zumindest eine abbildende Optik (28, 36, 38, 40) auf Fügebereich (26) von zu verschweißenden Fügepartnern (20, 22) unter Ausbildung einer Schweißnaht abbildbar ist,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die abbildende Optik (28, 36, 38, 40) einen einzigen Fokus (32) abbildet und derart ausgebildet ist, dass der Fokus relativ zur Verfahrbewegung der Hybridschweißvorrichtung (10) und quer und/oder in Verfahrrichtung (11) der Hybridschweißvorrichtung bewegbar ist.
7. Hybridschweißanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet ,
dass Scanbreite des Fokus (32) quer zur Verfahrrichtung (11) der Hybridschweißvorrichtung (10) in Abhängigkeit von Breite auszubildender Schweißnaht der zu fügenden Partner (20, 22) bzw. des zwischen den Fügepartnern verlaufenden Spalts regel- oder steuerbar ist.
8. Hybridschweißanordnung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die abbildende Optik zumindest ein relativ zur Verfahrbewegung der Hybridschweißvorrichtung (10) verstellbares optisches Element (28, 36, 38, 40) umfasst, das zu einer X- und/oder Y-Achse verstellbar ist.
9. Hybridschweißanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die abbildende Optik zumindest einen Parabolreflektor (38, 40) umfasst.
10. Hybridschweißanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die abbildende Optik zumindest zwei Reflektoren aus der Gruppe Planspiegel (36), Parabolspiegel (38, 40) umfasst, wobei vorzugsweise jeder Reflektor relativ zu der Verfahrbewegung der Hybridschweißvorrichtung (10) verstellbar ist.
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