DE10053789B4

DE10053789B4 - Laserschweißverfahren

Info

Publication number: DE10053789B4
Application number: DE10053789A
Authority: DE
Inventors: René Polensky; Christian Elsner; Dieter Päthe; Thomas Dr. Franz; Jochen Müller-Rogait
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: DE10053789A1; CN1278816C; CN1350903A

Abstract

Laserschweißverfahren zur Verbindung von zwei Materialien, wobei zumindest eines der beiden Materialien eine Beschichtung aufweist und zwischen den Materialien ein Zwischenraum vorgesehen wird, der durch Auftragen einer Strukturierung geschaffen wird, durch den die bei der Erwärmung freigesetzten Schweißemissionen entweichen können, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung als eine körnige Substanz aufgetragen wird, die kurzzeitig auf ihre Erweichungstemperatur erwärmt wird und anschließend an dem Material anhaftet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laserschweißverfahren zur Verbindung von zwei Materialien, wobei zumindest eines der beiden Materialien eine Beschichtung aufweist und zwischen den Materialien ein Zwischenraum vorgesehen wird, der durch Auftragen einer Strukturierung geschaffen wird, durch den die bei der Erwärmung freigesetzten Schweißemissionen entweichen können.
Ein gattungsgemäßes Laserschweißverfahren ist durch die JP 08141761 A bekannt. Hierbei werden körnige Abstandhalter in ein Lösemittel gemischt und auf die zu verschweißenden Teile aufgebracht. Nach dem Trocknen bleiben die Abstandhalter zurück und bilden so den gewünschten Zwischenraum. Dabei wird die Einsatzmöglichkeit eines derartigen Laserschweißverfahrens auf geeignet konturierte Materialien, insbesondere ebene Materialien, beschränkt, weil anderenfalls die Lösung auf dem Material abläuft, bevor eine Anhaftung erreicht wird. Weiterhin erfordert das Anhaften eine Trocknung, die mit einem zusätzlichen Zeitaufwand verbunden ist
Der in der JP 04288986 A angegebene Stand der Technik betrifft einen porösen Festkörper, der zwischen galvanisierten Blechen positioniert wird. Der poröse Festkörper nimmt zunächst die Schweißemissionen auf, bevor er verbrennt.
Die EP 0 157 913 B1 betrifft ein Laserschweißverfahren zur Verbindung von zwei Materialien, wobei zumindest eines der beiden Materialien eine Beschichtung aufweist und zwischen den Materialien ein Zwischenraum vorgesehen wird, durch den die bei der Erwärmung freigesetzten Schweißemissionen entweichen können. Durch ein hierzu vorgesehenes, bewegliches Abstandsstück wird nach einer speziellen Ausführungsform zwischen den zwei Materialien ein Zwischenraum festgelegt, durch den die flüchtigen Bestandteile der Beschichtung, beispielsweise Öl oder Farbe, entweichen können.
Die DE 39 33 408 A1 beschreibt auch bereits eine Schweißnaht, bei der zwei Bleche durch eingeprägte Noppen auf Distanz gehalten werden. Bei einem Laserschweißverfahren nach der EP 10 05 944 A2 wird für insbesondere zinkbeschichtete Stahlbleche ebenfalls ein Zwischenraum vorgesehen.
Die EP 0 178 394 A2 zeigt einen durch einen Feststoff gebildeten Abstandhalter. Dieser ist zwischen den Blechen angeordnet und weist Ausnehmungen auf, die einen Zwischenraum bilden.
Hierzu kann nach der US 49 16 284 auch eine V-förmige Abwinkelung an einem der beiden miteinander zu verschweißenden Bleche vorgesehen werden, um auf diese Weise eine Entlüftung zu erreichen.
Bei einem anderen Schweißverfahren nach der EP 07 71 605 A2 wird ein Entgasungsbereich für die freiwerdenden Dämpfe dadurch geschaffen, daß die Bleche vor dem Verschweißen im Nahtbereich unter einem spitzen Winkel aufeinander stoßend angeordnet werden und die Schweißnaht als Kehlnaht ausgebildet wird.
Die beiden Materialien können nach der DE 196 05 341 A1 auch bereits konstruktiv so gestaltet werden, daß sich einander überlappende Bereiche unter Bildung eines Spaltes längs der anzubringenden Schweißnaht lediglich beinahe berühren.
Es ist ferner durch die DE 197 57 245 A1 auch bekannt, ein Grundblech und ein Deckblech mittels eines Klebestreifens unter Druck miteinander zu verkleben. Dabei ist die äußere Kontur des Klebestreifens kleiner als die äußere Kontur des Deckbleches, so daß die Bleche an ihrem klebestreifenfreien Randbereich durch eine Laserschweißnaht miteinander verbunden werden können. Die Dicke des verwendeten Klebestreifens soll dabei mindestens 0,2 mm betragen, um ein ungehindertes Entweichen von verdampftem Beschichtungsmaterial aus dem Schweißnahtbereich zu ermöglichen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art wesentlich zu vereinfachen und dadurch den Aufwand bei der Durchführung des Verfahrens zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem die Strukturierung als eine körnige Substanz aufgetragen wird, die kurzzeitig auf ihre Erweichungstemperatur erwärmt wird und anschließend an dem Material anhaftet. Hierdurch wird in einfacher Weise der für das Entweichen der freigesetzten Schweißemissionen bestimmte Zwischenraum durch die Strukturierung geschaffen, ohne dass hierzu ein konstruktiver Eingriff, beispielsweise eine Umformung, an den beiden Materialien erforderlich ist. Daher kann der Aufwand bei der Herstellung zur Einbringung des Zwischenraums wesentlich reduziert werden, wobei das Verfahren problemlos in bereits bestehende Fertigungsabläufe eingebunden werden kann. Weiterhin kann die Strukturierung bereits derart beschaffen sein, dass eine lokal unterschiedliche Freisetzung von Schweißemissionen ebenso berücksichtigt wird wie Abweichungen der Material- oder Beschichtungsstärke. So kann beispielsweise der Zwischenraum in solchen Bereichen, in denen eine erhöhte Entwicklung von Schweißemissionen unvermeidbar ist, erweitert werden. Die Strukturierung ist dabei weitgehend unabhängig von den Materialien einsetzbar, sodass eine flexible Anpassung an unterschiedliche Umgebungs- oder Fertigungsbedingungen mühelos möglich ist, wobei die Strukturierung zusätzlich auch verstärkende Eigenschaften aufweisen kann. Hierzu wird an den gewünschten Stellen der körnige Feststoff, beispielsweise ein Staub, aufgetragen und haftet nach einer kurzzeitigen Erwärmung an der Oberfläche des Materials. Hierzu kann beispielsweise auch eine UV-Lampe eingesetzt werden, durch die der Feststoff chemisch oder physikalisch reagiert. Dabei wird die körnige Substanz beispielsweise auf eines der beiden Materialien aufgebracht. Eine solche, beispielsweise durch rieselfähige Festkörper gegebene Substanz wird hierzu auf einem der Materialien verteilt und wirkt dadurch als Abstandhalter zwischen den Materialien.
Eine besonders einfache Abwandlung wird dadurch geschaffen, dass die Strukturierung durch Rakeln aufgetragen wird. Hierdurch kann mit geringem Aufwand die Strukturierung in einem beispielsweise auch manuellen Arbeitsgang aufgetragen werden, wobei die Strukturierung durch die Ausprägung des Rakels bestimmt ist. Dadurch können unterschiedlichste Materialien mit der gewünschten Strukturierung versehen werden.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn durch eine Vorbehandlung des Materials ein Anhaften der Substanz erreicht wird. Die Substanz haftet durch die Vorbehandlung lediglich an den gewünschten Abschnitten der Materialien an. Die Vorbehandlung kann dabei beispielsweise in einem Befeuchten der Materialabschnitte bestehen.
Besonders hilfreich ist dabei auch eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Strukturierung lösbar mit den Materialien verbunden wird. Hierdurch kann die Strukturierung im Anschluss an die erfolgte Verschweißung der Materialien entfernt werden, sodass eine Einschränkung oder Behinderung nachfolgender Produktionsprozesse ausgeschlossen ist.
Die nachstehend beschriebenen Anordnungen zur Durchführung eines Laserschweißverfahrens sind nicht Gegenstand der Erfindung.
1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung eines Laserschweißverfahrens in einer seitlichen Ansicht. Dargestellt ist ein Spannelement 1, durch das zwei miteinander zu verschweißende, durch beschichtete Bleche gegebene Materialien 2, 3 in einer vorbestimmten Position fixiert sind. Zwischen den Materialien 2, 3 ist eine Strukturierung 4 angeordnet, die einen Zwischenraum 5 begrenzt. Durch diesen Zwischenraum 5 können die bei der Erwärmung der Materialien 2, 3 freigesetzten Schweißemissionen entweichen, um so eine dadurch verursachte Beeinträchtigung der Schweißverbindung zu vermeiden.
Die hierzu dienende Strukturierung 4 wird anhand der 2 näher dargestellt, die eine Draufsicht auf verschiedene Ausprägungen der Strukturierung 4 zeigt. Die Strukturierung 4 ist dabei durch eine mit Aussparungen 6 und Vorsprüngen 8 versehene Folie 7 gebildet, um so durch die Größe und Anordnung eine gezielte Begrenzung des in 1 dargestellten Zwischenraumes 5 zu erreichen. Die Folie 7 wird hierzu auf eines der beiden in 1 gezeigten Materialien 2, 3 haftend aufgetragen, um so eine unerwünschte Verschiebung beim Schweißprozess zu vermeiden. Die Folie 7 kann in einem anschließenden Arbeitsgang nach der erfolgten Schweißverbindung entfernt werden, so daß eine Oberflächenbeeinträchtigung vermieden wird.

Claims

Laserschweißverfahren zur Verbindung von zwei Materialien, wobei zumindest eines der beiden Materialien eine Beschichtung aufweist und zwischen den Materialien ein Zwischenraum vorgesehen wird, der durch Auftragen einer Strukturierung geschaffen wird, durch den die bei der Erwärmung freigesetzten Schweißemissionen entweichen können, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung als eine körnige Substanz aufgetragen wird, die kurzzeitig auf ihre Erweichungstemperatur erwärmt wird und anschließend an dem Material anhaftet.
Laserschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung durch Rakeln aufgetragen wird.
Laserschweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung lösbar mit den Materialien verbunden wird.