DE102004020241A1

DE102004020241A1 - Laser welding method involves introducing openings for dispersing welding emissions using high energy radiation, especially laser beam, welding plate components following brief time interval

Info

Publication number: DE102004020241A1
Application number: DE102004020241A
Authority: DE
Inventors: Jochen Müller-Rogait; Hinrich Hinrichs
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2004-12-09

Abstract

The laser welding method involves introducing openings (4) in one of the plate components (1,2) in a connecting region (3) to disperse welding emissions. The openings are introduced by high energy radiation, especially using a laser beam (5), and the plate components are then welded following a brief time interval. The openings can be produced at the same time as adjacent regions of the components are being welded.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laserschweißverfahren zum Verbinden von zumindest zwei abschnittsweise übereinander angeordneten, beschichteten, insbesondere verzinkten, Blechbauteilen, bei welchem in eines der Blechbauteile in einem Verbindungsbereich Durchbrechungen zum Entweichen von Schweißemissionen eingebracht werden.The The invention relates to a laser welding method for connecting at least two sections one above the other arranged, coated, in particular galvanized, sheet metal components, in which in one of the sheet metal components in a connection area Breakthroughs to escape welding emissions are introduced.

Korrosionsgefährdete Bauteile aus Stahlblech werden, insbesondere im Automobilbau, zunehmend mit einer einseitigen oder beidseitigen Oberflächenbeschichtung z.B. aus Zink versehen. Zum Schweißen solcher Blechbauteile wird bekannter Weise das Verfahren des Laserschweißens angewendet. Durch die vergleichsweise niedrige Verdampfungstemperatur des Zinks der Oberflächenbeschichtung kann es zur Bildung von Löchern bzw. Poren innerhalb der Schweißnaht kommen, welche die Festigkeit der Schweißverbindung erheblich herabsetzen. Zur Vermeidung dieses Problems muss der entstehende Zinkdampf aus dem Bereich der Schweißnaht entweichen können. Dieses wird bekannter Weise dadurch unterstützt, dass die überlappend angeordneten zu verschweißenden Blechbauteile im Überlappungsbereich nicht vollflächig aufeinander liegen, sondern dass zwischen ihnen ein Spalt offen gehalten wird, durch den der entstehende Zinkdampf entweichen kann.Components at risk of corrosion Sheet steel is increasingly being used, especially in automotive engineering a one-sided or double-sided surface coating e.g. made of zinc Mistake. For welding Such sheet metal components are known to use the method of laser welding. Due to the comparatively low evaporation temperature of the zinc the surface coating it can form holes or pores within the weld come, which significantly reduce the strength of the welded joint. In order to avoid this problem, the zinc vapor generated must be released the area of the weld can escape. This is supported in a known manner in that the overlap arranged to be welded Sheet metal components in the overlap area not all over lie on top of each other, but that a gap is open between them is held, through which the resulting zinc vapor can escape.

Zur Realisierung dieses Spaltes sind im Stand der Technik unterschiedliche Verfahren beschrieben. Aus der DE 39 33 408 A1 ist es bereits bekannt, diesen Spalt durch in ein Blechbauteil eingeprägte Noppen oder Sicken herzustellen. Die DE 100 42 538 A1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem durch eine in die Blechbauteile angebrachte Rauhigkeit ein Zwischenraum in einem Überlappstoß erzeugt wird, durch welchen Schweißemissionen, insbesondere Zinkdampf, entweichen können. Diese Rauhigkeit kann durch unterschiedliche Verfahren und Maßnahmen in die Blechbauteile eingebracht werden. Beispielsweise kann die Rauhigkeit durch einen Grat gebildet werden, welcher beim Herstellen einer Perforierung, z. B. einer Bohrung, durch eines der beiden Bleche, die miteinander verschweißt werden sollen, entsteht. Beim Verschweißen entstehender Zinkdampf kann zusätzlich auch durch die eingebrachte Perforierung bzw. Bohrungen entweichen.Different methods are described in the prior art for realizing this gap. From the DE 39 33 408 A1 it is already known to produce this gap by knobs or beads embossed in a sheet metal component. The DE 100 42 538 A1 describes a method in which a roughness in the sheet metal components creates a gap in an overlap joint, through which welding emissions, in particular zinc vapor, can escape. This roughness can be introduced into the sheet metal components by different methods and measures. For example, the roughness can be formed by a ridge, which is used when creating a perforation, e.g. B. a hole through one of the two sheets that are to be welded together. Zinc vapor generated during welding can also escape through the perforations or holes.

Als nachteilig bei den genannten Verfahren erweist sich die Tatsache, dass zum Teil sehr zeitaufwändige und kostenintensive vorbereitende Maßnahmen für das Verschweißen der Blechbauteile erforderlich sind. Durch die mechanische Bearbeitung der Bleche können unerwünschte Verformungen sowie Gefügeveränderungen des Werkstoffs auftreten, welche sich unter Umständen störend auf die Verbindungsfestigkeit der Schweißverbindung auswirken. Die relative Lage der Blechbauteile zueinander wird durch die Berührung der Blechbauteile im Überlappungsbereich gewährleistet. Durch Toleranzen bei der Herstellung der den Spalt definierenden Elemente und die Tatsache, dass die Blechbauteile im Überlappungsbereich nicht vollflächig aufliegen, kann es hierbei zu einem Verkanten oder Verschieben der Blechbauteile relativ zueinander kommen, so dass zusätzliche Spannsysteme zur Fixierung der Blechbauteile erforderlich sind.As a disadvantage of the methods mentioned is the fact that sometimes very time consuming and costly preparatory measures for welding the Sheet metal components are required. By mechanical processing the sheets can undesirable Deformations and structural changes of the material occur, which may interfere with the connection strength the welded joint impact. The relative position of the sheet metal components to each other is determined by the touch of the sheet metal components in the overlap area guaranteed. Through tolerances in the manufacture of the gap defining Elements and the fact that the sheet metal components in the overlap area not all over there may be a tilting or shifting of the sheet metal components come relative to each other, so that additional clamping systems for fixation the sheet metal components are required.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Laserschweißverfahren zum Verbinden von beschichteten Blechbauteilen zu schaffen, durch welches das Entweichen von Schweißemissionen, insbesondere von Zinkdampf, vereinfacht wird.In front Against this background, the invention is based on the object Laser welding process for Connecting coated sheet metal components to create through which the escape of sweat emissions, especially zinc vapor, is simplified.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Laserschweißverfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This Task is solved with a laser welding process according to the characteristics of claim 1. The subclaims relate to particularly useful further training the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein Laserschweißverfahren vorgesehen, bei welchem die Durchbrechungen mittels Hochenergiestrahlung, insbesondere mittels eines Laserstrahls, in das Blechbauteil eingebracht werden und dass die Blechbauteile anschließend nach einem kurzen zeitlichen Abstand verschweißt werden. Beim Laserschweißen entstehende Schweißemissionen, insbesondere Zinkdampf, können durch diese direkt neben der Schweißnaht bzw. im Bereich der Schweißnaht angeordneten Durchbrechungen entweichen bzw. abgeführt werden. Somit sind die zusätzlichen, besonders aufwändigen und den Schweißvorgang vorbereitenden Prozesse bzw. Maßnahmen, beispielsweise zum Erzeugen eines Entgasungsspaltes nach dem Stand der Technik, nicht mehr erforderlich. Unerwünschte Verformungen der Blechbauteile sowie Gefügeveränderungen des Werkstoffs, beispielsweise durch das Einbringen von Durchbrechungen oder Rauhigkeiten mittels mechanischer Werkzeuge, können ebenfalls vermieden werden. Hierdurch kann eine verbesserte Verbindungsfestigkeit der Schweißverbindung gewährleistet werden. Aufgrund der eingesetzten Hochenergiestrahlung können die Durchbrechungen mit einer hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit in das Blechbauteil eingebracht werden. Unterschiedliche Ausbildungen des Verbindungsbereiches bzw. unterschiedliche Schweißnahtverläufe, unterschiedliche Durchmesser der Durchbrechungen sowie der Werkstoff des Blechbauteils bzw. der Beschichtung können bei diesem Verfahren problemlos berücksichtigt werden. Dadurch, dass die beiden Blechbauteile im Überlappungsbereich vollflächig aufeinander liegen, kann auf zusätzlich Spannsysteme zur Fixierung der Blechbauteile verzichtet werden. Das Einbringen der Durchbrechungen und das Verschweißen der Blechbauteile kann in einer einzigen Aufspannung der Blechbauteile erfolgen. Durch den zusätzlichen Energie- und Wärmeeintrag beim Einbringen der Durchbrechungen mittels Hochenergiestrahlung wird das Gefüge der Blechbauteile für das anschließende Laserschweißen positiv beeinflusst. Als Hochenergiestrahlung kommt bei diesem Verfahren insbesondere die Laserstrahlung, aber auch Ionenstrahlung oder Elektronenstrahlung in Frage.According to the invention, a laser welding method is thus provided in which the openings are introduced into the sheet metal component by means of high-energy radiation, in particular by means of a laser beam, and in that the sheet metal components are then welded after a short time interval. Welding emissions, in particular zinc vapor, which arise during laser welding can escape or be dissipated through these directly next to the weld seam or in the area of the weld seam. The additional, particularly complex processes and measures which prepare the welding process, for example for producing a degassing gap according to the prior art, are therefore no longer necessary. Undesired deformations of the sheet metal components and structural changes in the material, for example through the introduction of openings or roughness by means of mechanical tools, can also be avoided. This can ensure an improved connection strength of the welded connection. Due to the high-energy radiation used, the openings can be made in the sheet metal component at a high processing speed. Different designs of the connection area or different weld seam courses, different diameters of the openings and the material of the sheet metal component or the coating can be taken into account without any problems with this method. The fact that the two sheet metal components lie on top of one another in the overlap area means that additional clamping systems for fixing the sheet metal components can be dispensed with. The introduction of the openings and the welding of the sheet metal components can be done in one against the sheet metal components. The additional energy and heat input when the openings are made by means of high-energy radiation has a positive influence on the structure of the sheet metal components for the subsequent laser welding. High-energy radiation in this method is, in particular, laser radiation, but also ion radiation or electron radiation.

Eine andere besonders zweckmäßige Weiterbildung des Verfahrens wird auch dadurch geschaffen, dass die Durchbrechungen zeitgleich mit dem Verschweißen benachbarter Bereiche der Blechbauteile eingebracht werden. In den Bereichen, in denen die Durchbrechungen bereits vorhanden sind, kann schon mit dem Laserschweißen begonnen werden, während in anderen Bereich noch die Durchbrechungen fertig gestellt werden. Durch dieses zeitgleiche Bearbeiten ergibt sich unter anderem ein erheblicher Zeitvorteil und damit verbunden auch ein zusätzliches Kosteneinsparungspotential.A other particularly useful training The method is also created in that the openings at the same time as welding Adjacent areas of the sheet metal components are introduced. In the Areas where the breakthroughs already exist can already with laser welding be started while in other areas the breakthroughs are still being completed. This simultaneous editing results in, among other things considerable time advantage and associated with it an additional Cost saving potential.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass eine Laserschweißeinrichtung und eine Einrichtung zur Erzeugung der Hochenergiestrahlung simultan entlang des Verbindungsbereiches der Blechbauteile bewegt werden. Die beiden Einrichtungen können gemeinsam an einem Roboter befestigt werden. Hierdurch ergibt sich eine Reduzierung sowohl der Kosten, als auch des Steuerungsaufwandes. Dabei ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters auf die jeweiligen Erfordernisse beim Laserschweißen und beim Einbringen der Durchbrechungen abgestimmt.there it has proven to be particularly advantageous that a laser welding device and a device for generating the high-energy radiation simultaneously are moved along the connection area of the sheet metal components. The two facilities can attached to a robot together. This results in a reduction in both costs and control effort. The speed of movement of the robot is based on the respective Laser welding requirements and coordinated when inserting the openings.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich auch dadurch, dass mehrere nebeneinander angeordnete Durchbrechungen entlang des Verbindungsbereiches in das Blechbauteil eingebracht werden. Hierdurch wird das Entweichen der Schweißemissionen über die gesamte Länge des Verbindungsbereiches bzw. der Schweißnaht gewährleistet, wodurch eine Schweißverbindung mit guter Verbindungsfestigkeit zur Verfügung gestellt werden kann.A Another advantageous embodiment of the invention also results in that several openings arranged side by side introduced into the sheet metal component along the connection area become. This will prevent the escape of sweat emissions whole length of the connection area or the weld seam, which ensures a welded connection can be provided with good connection strength.

Dabei erweist es sich außerdem als besonders zweckmäßig, dass die Durchbrechungen in einem konstanten Abstand zueinander in das Blechbauteil eingebracht werden. Hierdurch kann der Steuerungsaufwand zur Bewegung der Laserschweißeinrichtung bzw. der Einrichtung zur Erzeugung der Hochenergiestrahlung reduziert werden. Außerdem ergibt sich eine Schweißverbindung mit einer über der gesamten Länge der Schweißnaht gleich bleibenden Verbindungsfestigkeit.there it also turns out as particularly useful that the openings at a constant distance from each other in the Sheet metal component are introduced. This can reduce the control effort for moving the laser welding device or the device for generating the high-energy radiation is reduced become. Moreover there is a welded joint with an over the entire length the weld seam the same lasting connection strength.

Es erweist sich hierbei als besonders praxisnah, dass der Abstand zwischen den Durchbrechungen zwischen 5 mm und 10 mm beträgt. Durch diesen Abstand kann das Entweichen der Schweißemissionen aus dem Schweißnahtbereich bei einer über die gesamte Ausdehnung der Schweißnaht gleich bleibenden Schweißnahtqualität und Verbindungsfestigkeit sichergestellt werden.It It proves to be particularly practical that the distance between the openings are between 5 mm and 10 mm. This distance can the escape of sweat emissions from the weld area at one over the total expansion of the weld seam constant weld seam quality and connection strength be ensured.

Eine andere besonders zweckmäßige Weiterbildung wird auch dadurch geschaffen, dass die Durchbrechungen zusätzlich zum ersten Blechbauteil auch in das zumindest eine weitere Blechbauteil eingebracht werden. Hierdurch wir eine noch wirkungsvollere Möglichkeit zum Entweichen von den beim Laserschweißen von beschichteten Blechbauteilen entstehenden Schweißemissionen zur Verfügung gestellt.A other particularly useful training is also created in that the openings in addition to first sheet metal component also introduced into the at least one further sheet metal component become. This gives us an even more effective way for escaping from coated sheet metal components during laser welding resulting sweat emissions to disposal posed.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass ein Durchmesser der Durchbrechungen zwischen 0,75 mm und 1,25 mm beträgt. Dieser Durchmesserbereich der Durchbrechungen ist ausreichend bzw. notwendig für eine effektive Abführung der Schweißemissionen aus dem Schweißnahtbereich.A there is a particularly advantageous embodiment of the method in that the diameter of the openings is between 0.75 mm and 1.25 mm. This diameter range of the openings is sufficient or necessary for an effective discharge of sweat emissions from the weld area.

In einer weiteren Abwandlung des Verfahrens erweist es sich als besonders wirkungsvoll, dass der zeitliche Abstand zwischen dem Einbringen der Durchbrechungen und dem Verschweißen der Blechbauteile max. 10 sec, insbesondere lediglich 2 sec beträgt. Innerhalb dieser Zeitspanne kann der Energie- und Wärmeintrag durch das Einbringen der Durchbrechungen und die damit verbundenen Gefügeveränderungen in den Blechbauteilen für das anschließende Laserschweißen ausgenutzt werden. Hierdurch werden insbesondere höhere Vorschubgeschwindigkeiten beim Laserschweißen ermöglicht.In Another modification of the method proves to be special effective that the time interval between the introduction the openings and the welding of the sheet metal components max. 10 sec, in particular only 2 sec. Within that period can the energy and heat input through the introduction of the openings and the associated structural changes in the sheet metal components for the subsequent laser welding be exploited. This results in higher feed speeds in particular with laser welding allows.

Zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben. Diese zeigt into This will further clarify the method according to the invention described below with the aid of a drawing. This shows in

1 eine Prinzipskizze von zwei abschnittsweise übereinander angeordneten verzinkten Blechbauteilen in einer Draufsicht während eines ersten Verfahrensschrittes; 1 a schematic diagram of two galvanized sheet metal components arranged in sections one above the other in a plan view during a first method step;

2 eine Prinzipskizze von zwei abschnittsweise übereinander angeordneten verzinkten Blechbauteilen in einer Draufsicht während eines zweiten Verfahrensschrittes; 2 a schematic diagram of two galvanized sheet metal components arranged in sections one above the other in a plan view during a second method step;

3 eine entlang der Linie III-III geschnittene Ansicht der in 2 dargestellten Blechbauteile. 3 a cut along the line III-III of the in 2 illustrated sheet metal components.

Die 1 und 2 zeigen zwei abschnittsweise übereinander angeordnete, beschichtete, insbesondere verzinkte Blechbauteile 1, 2, welche mittels eines Laserschweißverfahrens miteinander verbunden werden. In einem ersten Verfahrensschritt werden in ein Blechbauteil 1 in einem Verbindungsbereich 3, in welchem sich die beiden Blechbauteile 1, 2 überlappen, mehrere Durchbrechungen 4 zum Entweichen von Schweißemissionen eingebracht. Die nebeneinander angeordneten Durchbrechungen 4 werden mittels Hochenergiestrahlung, insbesondere mittels eines Laserstrahls 5 in das Blechbauteil 1, welches oberhalb des Blechbauteiles 2 angeordnet ist, eingebracht.The 1 and 2 show two sections, one above the other, coated, in particular galvanized sheet metal components 1 . 2 which are connected to one another by means of a laser welding process. In a first step, a sheet metal component 1 in a connection area 3 , in which the two sheet metal components 1 . 2 overlap, multiple breakthroughs 4 introduced to escape sweat emissions. The openings arranged side by side 4 are by means of high energy radiation, in particular by means of a laser beam 5 in the sheet metal component 1 , which is above the sheet metal component 2 is arranged, introduced.

Nach einem kurzen zeitlichen Abstand werden die beiden Blechbauteile 1, 2 in einem zweiten Verfahrensschritt durch Laserschweißen miteinander verbunden. Hierzu wird in dem Verbindungsbereich 3 mittels eines zweiten Laserstrahls 6 eine die beiden Blechbauteile 1, 2 verbindende Schweißnaht 7 erzeugt. Eine nicht dargestellte Laserschweißeinrichtung zur Erzeugung des zweiten Laserstrahls 6 und eine ebenfalls nicht dargestellte Einrichtung zur Erzeugung des Laserstrahls 5 werden dabei simultan entlang des Verbindungsbereiches 3 der beiden Blechbauteile 1, 2 bewegt.After a short time, the two sheet metal components 1 . 2 joined together in a second process step by laser welding. This is done in the connection area 3 by means of a second laser beam 6 one of the two sheet metal components 1 . 2 connecting weld 7 generated. A laser welding device, not shown, for generating the second laser beam 6 and a device, also not shown, for generating the laser beam 5 are simultaneously along the connection area 3 of the two sheet metal components 1 . 2 emotional.

Die 3 zeigt eine entlang der Linie III-III geschnittene Ansicht der in 2 dargestellten Blechbauteile 1, 2, mit einer die Blechbauteile 1, 2 verbindenden Schweißnaht 7, sowie die durch Hochenergiestrahlung eingebrachte Durchbrechung 4, durch welche beim Schweißen entstehende Schweißemissionen, insbesondere Zinkdampf, entweichen kann.The 3 shows a view cut along the line III-III of the in 2 illustrated sheet metal components 1 . 2 , with one the sheet metal components 1 . 2 connecting weld 7 , as well as the breakthrough introduced by high-energy radiation 4 , through which welding emissions, in particular zinc vapor, which arise during welding can escape.

11: Blechbauteilsheet metal component
22: Blechbauteilsheet metal component
33: Verbindungsbereichconnecting area
44: Durchbrechungperforation
55: Laserstrahllaser beam
66: Laserstrahllaser beam
77: SchweißnahtWeld

Claims

Laser welding method for connecting at least two layered, in particular galvanized, sheet metal components arranged one above the other, in which openings for the escape of welding emissions are made in one of the sheet metal components in a connection area, characterized in that the openings through high-energy radiation, in particular by means of a laser beam, into the Sheet metal component are introduced and that the sheet metal components are then welded after a short time interval.

Laser welding according to claim 1, characterized in that the openings at the same time with welding Adjacent areas of the sheet metal components are introduced.

Laser welding according to claims 1 or 2, characterized in that a laser welding device and a device for generating the high-energy radiation simultaneously are moved along the connection area of the sheet metal components.

Laser welding according to at least one of the preceding claims, characterized in that that several openings arranged side by side along the Connection area are introduced into the sheet metal component.

Laser welding according to at least one of the preceding claims, characterized in that that the breakthroughs are at a constant distance from each other be introduced into the sheet metal component.

Laser welding according to at least one of the preceding claims, characterized in that that the distance between the openings between 5 mm and Is 10 mm.

Laser welding according to at least one of the preceding claims, characterized in that that the breakthroughs in addition to first sheet metal component also in the at least one further sheet metal component be introduced.

Laser welding according to at least one of the preceding claims, characterized in that that a diameter of the openings between 0.75 mm and 1.25 mm is.

Laser welding according to at least one of the preceding claims, characterized in that that the time interval between making the breakthroughs and welding the sheet metal components max. 10 sec, in particular only 2 sec.